Bài giảng Các công cụ logic

10-CÁC CÔNG CỤ LOGIC 10.1 Adjust................................................................................. 2 10.1.1 Connections Tab..........................................................2 10.1.2 Parameters Tab............................................................ 5 10.1.3 Monitor Tab.................................................................10 10.1.4 Starting the Adjust.......................................................11 10.1.5 Individual ADJUST.....................................................12 10.1.6 Multiple ADJUST....................................................... 15 10.2 Balance................................................................................17 10.2.1 Connections Tab......................................................... 18 10.2.2 Parameters Tab............................................................18 10.2.3 Mole and Heat Balance...............................................19 10.2.4 Mole Balance...............................................................22 10.2.5 Mass Balance...............................................................24 10.2.6 Heat Balance............................................................... 26 10.2.7 General Balance.......................................................... 28 10.3 Parametric Unit Operation...............................................33 10.3.1 Design Tab.................................................................. 33 10.3.2 Parameters Tab............................................................ 38 10.3.3 Worksheet Tab.............................................................39 10.4 Recycle................................................................................40 10.4.1 Connections Tab......................................................... 40 10.4.2 Parameters Tab............................................................ 41 10.4.3 Worksheet Tab............................................................ 47 10.4.4 Monitor Tab................................................................ 47 10.4.5 Calculations................................................................. 48 10.4.6 Reducing Convergence Time...................................... 48 10.4.7 Single Recycle Example............................................. 49 10.4.8 Multiple Recycle Example.......................................... 52 10.4.9 Multiple Recycle Example Revisited.......................... 57 10.5 Set........................................................................................61 10.5.1 Connections Tab..........................................................61 10.5.2 Parameters Tab............................................................ 62 10.5.3 Set Example.................................................................63 10.6 Spreadsheet.........................................................................66 10.6.1 Spreadsheet Functions ............................................... 67 10.6.2 Spreadsheet Interface.................................................. 71 10.6.3 Spreadsheet Tabs ....................................................... 74 10.6.4 Spreadsheet Example...................................................79 10.1 Adjust Công cụ Adjust sẽ thay đổi giá trị của một biến dòng (biến độc lập) để phù hợp với giá trị được yêu cầu hoặc xác định (biến phụ thuộc) trong một dòng khác hoặc một công cụ khác. Adjust là công cụ chỉ thực hiện trong mô phỏng tĩnh. Trong mô phỏng động, Hysys sẽ bỏ qua. Trong một lưu trình (Flowsheet), có thể có sự kết hợp chắc chắn của các tham số mà không thể giải trực tiếp được. Các vấn đề như thế này sẽ được giải bằng kỹ thuật trial-and-error (thử và sai số - phép tính lặp). Nhằm giải nhanh chóng các vấn đề thuộc dạng này, công cụ Adjust sẽ tự động thực hiện các vòng lặp trail-and-error cho bạn. Biến độc lập không có giá trị tính toán mà giá trị phải được xác định từ ban đầu Adjust cực kỳ linh hoạt. Nó cho phép bạn liên kết các biến dòng trong lưu trình trên các đường dẫn mà không phải sử dụng các công cụ “vật lý” thông thường. Nó có thể dùng để giải cho giá trị mong muốn của chỉ một biến độc lập, hoặc nhiều Adjust có thể được thiết lập để giải cho nhiều giá trị mong muốn của một vài biến đồng thời. Adjust có thể thực hiện các chức năng: Hiệu chỉnh biến độc lập cho đến khi biến phụ thuộc thỏa mãn giá trị mục tiêu. Hiệu chỉnh biến độc lập cho đến khi biến phụ thuộc bằng giá trị của một biến tương tự cho đối tượng khác, cộng thêm độ lệch cho phép. Phím Adjust Đề thiết lập công cụ Adjust, chọn Add Operation từ Flowsheet Menu, và chọn Adjust. Cách khác, chọn phím Adjust trong Object Palette. 10.1.1 Connections Tab Tab đầu tiên trong giao diện của Adjust hiển thị các đặc tính, cũng như các với công cụ logical khác, đó là Connections tab. Trong giao diện của tab gồm có 3 nhóm: Adjusted Variable (biến được hiệu chỉnh), Target Variable (biến mục tiêu), và Target Value (giá trị mục tiêu), như hình sau. Nhóm Adjusted/Target Variable Nhóm Adjusted và Target Variable hiển thị tương tự nhau, trong mỗi nhóm chứa một trường đối tượng (Object field), một trường biến (Variable field) và một phím lựa chọn biến (Select Var). Adjusted Object là lựa chọn của biến độc lập, được thực hiện để đạt được giá trị xác định của biến “Target”. Target Object là biến phụ thuộc, giá trị được xác định ban đầu mà bạn đang cố gắng đạt được. Target Object có thể là một Thiết bị (Unit Operation), một dòng (Stream), hay một tiện ích (Utility). Lựa chọn các biến khi sử dụng biến điều hướng (Variable Navigator) Bạn chọn đối tượng (Object) và biến của nó (Variable) đồng thời bằng cách sử dụng biến điều hướng (Variable Navigator), truy cập bằng cách sử dụng phím Select Var. Bấm vào phím này sẽ xuất hiện giao diện như hình sau. Variable Navigator xuất hiện bao gồm 4 hộp danh sách để trợ giúp lựa chọn các biến như một bộ lọc. Các hộp danh sách làm việc liên tục, nghĩa là hộp danh sách chỉ có thể sử dụng được nếu một lựa chọn được tạo ra từ hộp danh sách trước đó. Bảng dưới đây là 4 hộp danh sách được phân cấp theo thứ tự: List Box Miêu tả Flowsheet Hộp này sẽ hiển thị các lưu trình và các lưu trình con có trong case. Chú ý rằng các tháp cũng có các lưu trình con và bởi vậy tên tháp phải được lựa chọn trong hộp này để chọn các biến của tháp. Object Đôi khi lưu trình được lựa chọn, danh sách trong hộp Object sẽ xuất hiện tất cả các đối tượng trong lưu trình. Nếu danh sách chứa quá nhiều đối tượng, nó có thể được chọn lọc ra một trong số các kiểu đối tượng, lựa chọn trong hộp nhóm Object Filter Variable Khi một đối tượng được lựa chọn (được đánh dấu trong hộp danh sách), tất cả các biến khác sẽ bị mờ đi. Variable Specifics Sử dụng hộp danh sách này yêu cầu phải chỉ rõ một vài chi tiết của biến thí dụ như các tham số kỹ thuật của thiết bị. Khi biến hiệu chỉnh/mục tiêu (adjust/target variable) phù hợp được chọn, bấm phím OK và chọn đối tượng (Object) và biến (Variable) phù hợp sẽ xuất hiện trong trường của tab. Giá trị mục tiêu (Target Value) Khi Target Object và Variable đã được xác định, có 2 lựa chọn cho Target sẽ được thực hiện như sau: Nếu biến mục tiêu (Target Variable) là một số đã biết, thì chọn User Supplied (như ở hình trên), và nhập giá trị tương ứng vào ô Specified Target Value. Nếu biến mục tiêu (Target Variable) là một giá trị (hoặc giá trị cộng với độ sai lẹch) của cùng một biến trong một dòng khác hoặc thao tác khác, thì chọn Another Object (như hình bên dưới), và lựa chọn dòng hoặc thao tác liên quan trong Matching Value Object. Nếu áp dụng, thì nhập độ sai lệch (offset) vào trong ô tương ứng. 10.1.2 Parameters Tab Khi chọn các biến độc lập và phụ thuộc, tiêu chuẩn hội tụ phải được xác định. Điều này thường được thực hiện trong Parameters tab. Solving Parameter Miêu tả Simultaneous Solution Giải quyết nhiều vòng Adjust cùng lúc. Chỉ có 1 phương pháp giải quyết đồng thời, do đó khi tùy chọn được kích hoạt thì sẽ không xuất hiện ô Method. Method Khai báo phương pháp giải quyết (không đồng thời): Secant hoặc Broydent Tolerance Khai báo sai số tuyệt đối, tức là giá trị khác nhau lớn nhất giữa biến mục tiêu (Target Variable) và giá trị mục tiêu (Target Value) Step Size Kích thước bước ban đầu làm việc cho đến khi kết quả được đóng lại. Maximum / Minimum Giới hạn lớn hơn và thấp hơn cho biến độc lập (không bắt buộc) được thiết lập trong trường này Maximum Iterations Số các lần lặp trước khi Hysys ngừng tính toán, giả sử giải pháp không thu được kết quả Sim Adj Manager Mở phần quản lý hiệu chỉnh đồng bộ cho phép bạn giám sát và thay đổi tất cả các hiệu chỉnh đã lựa chọn đồng thời. Optimizer Controlled Bỏ qua 1 biến và 1 hằng số để tối ưu hóa. Khi kích hoạt hiệu quả của hiệu chỉnh đồng thời sẽ tăng lên. Lựa chọn này yêu cầu RTO. Lựa chọn phương pháp tính Các vòng hiệu chỉnh có thể được giải quyết riêng lẻ hoặc đồng thời. Nếu vòng được giải quyết riêng lẻ, thì bạn có lựa chọn một thuật toán tìm kiếm Secant (chậm và chắc chắn) hoặc Broyden (nhanh nhưng không đảm bảo). Giải pháp đồng thời sử dụng một thuật toán tìm kiếm đa biến Broyden. Một vòng hiệu chỉnh đơn có thể được giải quyết đồng thời (Simultaneous mode), tuy nhiên, phương pháp này thường được dành riêng cho các vòng liên kết phức tạp. Khi chọn Simultaneous Solution thì trường phương pháp (Method field) sẽ không xuất hiện nữa. Adjust trong tất cả các case cũ tự động được đưa vào SAM Quản lý hiệu chỉnh đồng bộ (Simultaneous Adjust Manager - SAM) SAM yêu cầu 2 hoặc nhiều phím được kích hoạt (tức là không bỏ qua)để adj tính toán. Nếu chỉ sử dụng 1 adj thì nên sử dụng Secant hoặc Broyden Quản lý hiệu chỉnh đồng bộ (SAM) cho phép giám sát và thay đổi tất cả các hiệu chỉnh đã chọn đồng thời. Điều này cho phép truy cập để phương pháp tính toán có hiệu quả hơn và điều khiển nhiều hơn các quá trình tính toán. SAM được khởi động bằng cách bấm vào phím Sim Adj Manager hoặc bằng cách chọn Simultaneous Adjust Manager từ Simulation menu. SAM bao gồm 3 tab: Configuration, Parameters và History, cùng với phím Stop và Start. Đánh dấu chọn vào ô Ignored để chuyển tắt qua SAM cũng như tất cả các hiệu chỉnh đã chọn đồng thời. Configuration Tab Configuration Tab hiển thị thông tin về các hiệu chỉnh đã được chọn đồng thời. Có thể xem các hiệu chỉnh riêng lẻ bằng cách nhấn đúp lên tên của hiệu chỉnh. Bạn còn có thể thay đổi giá trị mục tiêu (target value) hoặc giá trị so sánh (matching value object), giá trị và độ sai lệch. Tab này cũng cho phép bỏ qua các Adjust riêng. Parameters Tab Parameters Tab cho phép biến đổi độ sai lệch, kích thước bước tính (step size), các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho mỗi Adjust cũng như hiển thị số dư, số lần lặp SAM đã thực hiện và trạng thái lặp. Tab này còn cho phép bạn xác định một vài thông số tính toán. Parameter Mô tả Type of Jacobian Calculation Cho phép bạn lựa chon 1 trong 3 kiểu tính toán Jacobian ResetJac –Jacobian đã được tính toán đầy đủ và các giá trị thiết lập lại đến giá trị ban đầu sau mỗi bước tính toán Jacobian. Tốn nhiều thời gian nhất nhưng chính xác nhất. Continuous – các giá trị không được tính toán lại giữa các bước tính toán Jacobian. Nhanh nhất, nhưng cho phép “sai lệch” trong định thức Jacobian do đó không chính xác. Hybrid - kết hợp cả 2 phương pháp. Type of Convergence Cho phép bạn lựa chọn 1 trong 3 kiểu hội tụ. Specified – SAM sẽ được hội tụ khi tất cả các adjust trong khoảng sai số cho phép. Norm – SAM sẽ được hội tụ khi quy định các số dư (tổng bình phương) nhỏ hơn giá trị đã được người dùng xác định. Either – SAM sẽ hội tụ với bất kỳ dạng nào kể trên xuất hiện trước. Max Step Fraction Số này x kích thước bước = giá trị lớn nhất mà giải pháp được cho phép chuyển qua trong một bước giải. Perturbation Factor Số này x khoảng (max – min) hoặc số này x 100 x kích thước bước (nếu không có giá trị của khoảng). Đó là giá trị lớn nhất mà giải pháp được cho phép để chuyển qua trong một bước Jacobian. Max # of Iterations Số lần lặp lớn nhất cho SAM History Tab History Tab hiển thị giá trị mục tiêu, giá trị đã hiệu chỉnh, và giá trị số dư cho mỗi lần lặp của các Adjust được chọn. Một hoặc nhiều Adjust có thể được hiển thị bằng cách nhấn lên check-box bên cạnh tên Adjust. Các Adjust luôn được xem theo thứ tự ngang từ trái qua phải trang. Ví dụ như nếu bạn xem adjust 2 và thêm adjust 1 để xem thì adjust 1 sẽ trở thành đầu tiên của các số và adjust 2 sẽ di chuyển sang bên phải. Tolerance Để Adjust hội tụ, lỗi (error) trong biến độc lập phải nhỏ hơn sai số. Error = |Giá trị biến phụ thuộc – Giá trị mục tiêu| (10.1) Đôi khi có một ý tưởng hay: sử dụng một sai số tương đối lớn khi thử ban đầu để giải vòng Adjutst. Khi bạn xác định được rằng tất cả làm việc thực sự, Bạn có thể đặt lại sai số đến giá trị cần thiết. Chú ý rằng sai số và các giá trị lỗi là giá trị tuyệt đối (với cùng đơn vị như biến phụ thuộc) không phải là tương đối hoặc phần trăm. Kích thước bước tính (Step Size) Kích thước bước tính bạn đưa vào được thuật toán tìm kiếm sử dụng để thiết lập kích thước bước điểu chỉnh lớn nhất áp dụng cho biến độc lập. Giá trị này sẽ được sử dụng cho đến khi giải pháp đã hoàn thành, tại đó một thuật toán hội tụ khác được áp dụng. Giá trị được cung cấp sẽ đủ lớn để cho phép phạm vi giải pháp nhanh chóng đạt được, nhưng không quá lớn làm kết quả vô lý trong một khoảng không thể có. Kích thước bước có giá trị dương lúc đầu sẽ làm tăng biến độc lập, ngược lại kích thước bước âm lúc đầu sẽ làm giảm biến độc lập. Nếu các bước hiệu chỉnh xa khỏi giải pháp, thì hướng của các bước sẽ tự động được đảo chiều. Trước khi thiết lập Adjust, thường hoạt động tốt để khởi tạo biến độc lập, và sử dụng một hiệu chỉnh “bằng tay”. Khi giải lưu trình chú ý giá trị cho biến phụ thuộc, sau đó tự hiệu chỉnh biến độc lập và giải lại lưu trình. Điều này đảm bảo rằng bạn có một biến khác thực sự hiệu quả, và cũng cho bạn một cảm nhận về kích thước bước bạn cẩn phải đặt ra. Biến độc lập cần phải được khởi tạo (có giá trị ban đầu) để cho Adjust làm việc Maximum/Minimum Hai chỉ tiêu tùy chọn này là giới giạn lớn hơn và nhỏ hơn cho phép cho biến độc lập. Nếu một trong giới hạn gặp nhau, thì Adjust sẽ dừng tìm kiếm tại điểm đó. Maximum Iterations Mặc định số lần lặp lớn nhất là 10. Nếu hiệu chỉnh hoàn thành những lần lặp này trước khi hội tụ, các tính toán sẽ dừng lại, và bạn sẽ được hỏi nếu bạn muốn tiếp tục với nhiều lần lặp hơn. Bạn phải đưa thêm giá trị cho số lần lặp nhiều nhất. 10.1.3 Monitor Tab Tables Page Với mỗi lần lặp của Adjust, trị số (Number), giá trị hiệu chỉnh (Adjust Value), giá trị mục tiêu (Target Value) được hiển thị. Nếu cần thiết, sử dụng thanh cuộn để xem các giá trị khác không nhìn thấy. Plots Page Trong trang các đồ thị (Plots page) hiển thị các biến mục tiêu và biến hiệu chỉnh như trong Tables page, các thông tin được hiển thị ở dạng đồ thị. 10.1.4 Thiết lập Adjust Có 2 cách để Thiết lập Adjust: Nếu bạn cung cấp các giá trị cho tất cả các trường của Parameters tab, thì Adjust sẽ tự động bắt đầu tính toán. Nếu bạn bỏ qua một hoặc cả hai giá trị trong trường Minimum/Maximum (của Parameters tab) cho biến độc lập (mà đó là tham số không bắt buộc) và để Adjust bắt đầu tính toán, chỉ cần nhấn vào nút Start. Nút Start sau đó sẽ chuyển thành một hộp màu đỏ, chỉ thị chu trình tính toán đang thực hiện. Ban đầu hộp thông báo rằng các tính toàn “Not Solved”; Khi lỗi nhỏ hơn sai số, trạng thái hộp sẽ hiển thi thông báo “OK” màu xanh. Nếu Adjust hoàn thành số vòng lặp lớn nhất mà chưa hội tụ, thì một tin nhắn màu đỏ “Reached iteration Limit without converging” được hiển thị. Nếu bạn bấm phím Start khi tất cả các thông tin cần thiết của Parameters chưa được xác định, thì một hộp trạng thái màu vàng sẽ hiển thị thông báo “Incomplete” và các tính toán sẽ không bắt đầu thực hiện. Khi quá trình tính toán đang tiến hành, bạn có thể xem tiến trình của quá trình hội tụ bẳng cách chuyển sang Iterations tab. Nút Start chỉ xuất hiện trong bước khởi tạo của công cụ Adjust. Nó biến mất lúc xem thuộc tính ngay khi được nhấn vào. Bất cứ thay đổi gì của Adjust hoặc một phần khác của lưu trình sẽ tự động khởi động quá trình tính toán Adjust. Để dừng hoặc không hiển thị Adjust, kích hoạt hộp thoại Ignored 10.1.5 Individual ADJUST Thuật toán hiệu chỉnh riêng lẻ, hoặc Secant hoặc Broyden, sử dụng phương pháp bước chọn lặp trial-and-error và hiển thị giá trị cho biến phụ thuộc và độc lập trong mỗi lần thử. Kích thước bước cung cấp cho Parameters tab được sử dụng để làm tăng hoặc giảm biến độc lập từ bước ban đầu. Thuật toán sẽ tiếp tục sử dụng các bước với kích thước này cho đến khi hoàn thành. Tại điểm này, thuật toán sử dụng hoặc tìm kiếm Secant (và các kích thước bước riêng của nó) hoặc tìm kiếm Broyden, tùy thuộc vào lựa chọn của bạn, hội tụ nhanh đến giá trị mong muốn. Nếu một nghiệm không đạt được trong số lần lặp lớn nhất, thủ tục sẽ dừng và hỏi có cần phải thử lại các dãy thử khác hay không. Nó sẽ nhắc lại cho đến khi hoặc nghiệm đạt được hoặc bạn tử bỏ tìm kiếm. Thuật toán tìm kiếm Secant thông thường cho kết quả hội tụ tốt khi hoàn thành. Ví dụ (Example) Một ứng dụng đơn giản của Adjust sử dụng thuật toán Secant. Dòng nguyên liệu Feed vào tháp tách (V-100), hai dòng sản phẩm ra là SepLiq và SepVap. Adjust sẽ được sử dụng để biến đổi nhiệt độ của dòng nguyên liệu Feed cho đến khi lưu lượng của SepLiq là 100 lbmoles/hr. Bắt đầu, mở Case mới với Peng Robinson và các cấu tử: Methane, Ethane, Propane, i-Butane, n-Butane, i-Pentane, n-Pentane, n-Hexane, n-Heptane và n-Octane. Thiết lập dòng nguyên liệu Feed, với các tham số như trong bảng dưới đây. Tạo lập thiết bị tách V-100, giao diện Connections page của Design tab như hình dưới đây. Bỏ qua các tab còn lại vì sẽ không cần đến trong ví dụ này. Bây giờ khởi tạo Adjust bằng cách chọn Add Operation từ Flowsheet menu, tiếp theo chọn Adjust. Nhập các thông tin cho Connections page và Parameters page của Design tab như bảng dưới: Chú ý rằng giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của biến độc lập không được cài đặt. Khi bạn baams phím Start, Hysys ngay lập tức bắt đầu quá trình hội tụ. Monitor tab sẽ hiển thị các giá trị của biến độc lập và biến phụ thuộc. Trong ví dụ này quá trình lặp được thể hiện như hình dưới đây. Adjust hội tụ đến lưu lượng dòng yêu cầu trong 7 lần lặp. Điều kiện dòng mới sẽ được hiển thi trong bảng sau: Chú ý rằng nhiệt độ của nguyên liệu Feed hiển thị giá trị đã hội tụ là -16.68oF được in đậm (tức là như giá trị đã xác định). Dù giá trị lúc đầu xác định là 60oF. Adjust đã tính toán nghiệm hội tụ cho biến độc lập trở thành giá trị xác định. Nếu bạn xóa Adjust thì các giá trị mới vẫn còn lại trong Flowsheet. 10.1.6 Multiple ADJUST Thuật ngữ Multiple ADJUST sử dụng khi tất cả các Adjust được giải đồng thời. Trong trường hợp này, khi kết quả của một Adjust ảnh hưởng trực tiếp đến các Adjust khác, bạn sẽ phải sử dụng lựa chọn đồng thời để số lần lặp là tối thiểu. Những ví dụ cho thấy đặc tính này rất có giá trị như tính toán lưu lượng dòng của hệ thống đường ống phân phối vòng, hoặc giải quyết hệ thống tổ hợp của UA- trao đổi nhiệt cưỡng bức. Trong các ví dụ này, Bạn phải chọn các thông số dòng mà Hysys điều khiển để gặp chỉ số kỹ thuật yêu cầu. Đối với vấn đề đường ống vòng, bài toán được giải quyết bằng cách hiệu chỉnh lưu lượng các dòng nhánh cho đến khi đạt được áp suất chính xác trong các đường ống hạ lưu. Trong một vài trường hợp khác, sẽ tăng lựa chọn các biến để Adjust giải quyết các vấn đề trong Flowsheet của bạn. Adjust sử dụng một thuật toán tìm kiếm Broyden để đồng thời biến đổi tất cá các thông số hiệu chỉnh được xác định trong Adjust cho đến khi các chỉ số kỹ thuật yêu cầu đạt được. Vai trò của kích thước bước với phương pháp này là hoàn toàn khác. Với thuật toán hiệu chỉnh đơn, kích thước bước là một giá trị được biến đổi dùng để hiệu chỉnh liên tục biến độc lập cho đến hoàn thành quá trình tính toán. Với thuật toán đồng thời, kích thước bước cho mỗi biến đáp ứng như một giới hạn cao hơn việc hiệu