Bài giảng Các dòng vật chất và dòng năng lượng

2 - Các dòng vật chất và dòng năng lượng 2.1 Dòng vật chất............................................................................ 2 2.1.1 Worksheet Tab ........................................................................ 3 2.1.2 Attachments Tab ......................................................................9 2.1.3 Dynamics Tab ..........................................................................9 2.1.4 User Variables Tab...................................................................9 2.2 Dòng năng lượng…………….................................................. 10 2.2.1 Stream Tab............................................................................. 10 2.2.2 Unit Ops Tab........................................................................... 11 2.2.3 Dynamics Tab ……................................................................. 11 2.2.4 User Variables Tab................................................................. 11 2.1. Dòng vật chất Biểu tượng dòng vật chất (mũi tên màu xanh da trời) Các dòng vật liệu được nhập vào một bản mô phỏng trong môi trường mô phỏng chính, mà ở đó có thể xác định các tính chất và thành phần của dòng. Biểu tượng dòng vật chất trong Object Palette là mũi tên màu xanh. Có nhiều cách để nhập một dòng vật chất. Một trong các cách đơn giản nhất để thiết lập một dòng vật chất là sử dụng phím F11. Các thông tin về phương pháp này, đã được trình bày kỹ trong Section 3.3 - Installing Streams and Operations trong tài liệu User’s Guide. Giao diện hiển thị tính chất của dòng vật chất chứa một số tab kết hợp với các page cho phép xác định các tham số, nhập thêm các tiện ích và xác định rõ các thông tin động. Trong hình dưới là giao diện thuộc tính ban đầu của một dòng vật chất mới. Thanh trạng thái Tên dòng Các Page Các Tab Các phím Phím xem thiết bị vận hành trước dòng Các phím và thanh trang thái (Status Bar) ở phía dưới cửa sổ thuộc tính luôn hiển thị khi giao diện thuộc tính dòng vật chất được mở ra. Nếu muốn sao chép các tính chất hay thành phần từ các dòng có sẵn trong lưu trình, có thể thực hiện bằng cách bấm vào phím Define from Other Stream. Phím này sẽ mở một cửa sổ mà từ đó có thể lựa chọn các tính chất và thành phần của dòng muốn sao chép vào dòng đang thiết lập. Các phím với các mũi tên màu xanh lá cây ở bên trái của Status Bar là các phím View Upstream Operation (Xem thiết bị vận hành trước dòng) và View Downstream Operation (Xem thiết bị vận hành sau dòng). Phím xem thiết bị vận hành sau dòng Mũi tên hướng về bên trái xác định vị trí thiết bị vận hành trước dòng và mũi tên hướng về bên phải xác định vị trí thiết bị vận hành sau dòng. Nếu thấy một dòng gắn với một thiết bị vận hành, có thể chọn các phím này để mở các dòng trước và sau gần nhất đối với thiết bị vận hành. Nếu dòng không kết nối với một thiết bị vận hành nào ở điểm cuối dòng trước và dòng sau, thì các phím này sẽ mở một khối nguyên liệu hay sản phẩm. 2.1.1. Worksheet Tab Worksheet tab có ba page có sẵn hiển thị các thông tin liên quan đến các tính chất của dòng. Các trang này là: Conditions, Properties và Compositions. Hình dưới đây biểu diễn cửa sổ Worksheet tab của một dòng vật chất trong môi trường mô phỏng: Conditions Page Conditions Page hiển thị tất cả các thông tin dòng mặc định khi nó được biểu diễn trong trang Workbook của các dòng vật chất. Tên và các giá trị hiện thời của các thông số được biểu diễn như sau: Stream Name Vapour/Phase Fraction Temperature Pressure Molar Flow Mass Flow LiqVol Flow Molar Enthalpy Molar Entropy Heat Flow HYSYS sử dụng các bậc tự do trong việc kết hợp với chèn thông tin, để có thể tính toán nhanh một cách tự động. Để một dòng có thể tính nhanh các thông tin, các thông tin sau phải có sẵn (cũng như các đặc tính hay kết quả của các phép tính toán khác của lưu trình): Stream Composition Ít nhất một trong hai giá trị nhiệt độ hoặc áp suất phải biết trước để tính toán các giá trị khác của dòng vật chất Hai trong số các tính chất sau phải được xác định; trong đó ít nhất phải biết trước giá trị áp suất hay nhiệt độ: Temperature Pressure Vapour Fraction Entropy Enthalpy Chú ý nếu biết trước phần hơi là 0 hay 1, thì tương ứng, dòng được giả thiết là ở điểm bọt hay điểm sương. Cũng có thể thiết lập phần hơi nhận giá trị giữa 0 và 1. Phụ thuộc vào các biến số trạng thái đã biết, HYSYS sẽ tự động tính toán chính xác kết quả. Khi một dòng đã được tính toán, tất cả các tính chất khác của dòng cũng sẽ được tính ngay. Có thể kiểm tra các tính chất này thông qua các page kèm theo trong giao diện thuộc tính của dòng. Chú ý rằng lưu lượng dòng phải biết trước để tính ra được dòng nhiệt lượng. Các giá trị của dòng có thể có sẵn trong trang Condition hay trong Workbook. Thay đổi trong một phạm vi sẽ được phản ánh qua Flowsheet (lưu trình). Pha lỏng hỗn hợp kết hợp các pha lỏng trong một dòng định sẵn, và tính toán tất cả các tính chất pha lỏng cho mỗi dòng kết quả tính toán. Pha lỏng hỗn hợp không nhập các thành phần hay dòng mol vào dòng vật chất mà nó đi ra, nó chỉ là cách biểu diễn khác của các cấu tử lỏng hiện thời. Chú ý rằng khi Workbook hiển thị bảng đặc tính của dòng, các trang Conditions, Properties và Compositions cũng sẽ biểu diễn giá trị cho các đặc tính pha riêng lẻ. HYSYS có thể hiển thị lên đến 5 pha khác nhau. Overall Vapour Liquid Aqueous Second Liquid Mixed Liquid Ví dụ, nếu mở rộng chiều rộng của bảng hiển thị tính chất dòng ở trên, sẽ nhìn thấy bảng hiển thị như trong hình sau. Trong trường hợp này, các tính chất của pha hơi và pha lỏng được hiển thị bên cạnh các tính chất dòng tổng. Nếu có một pha lỏng khác thì nó cũng sẽ được biểu diễn. Đơn giản hơn việc mở rộng bảng hiển thị, cũng có thể sử dụng thanh cuốn (Scroll Bar) để xem các tính chất pha không được hiển thị. Chú ý khi xem bảng tính chất dòng trong Column Sub-Flowsheet, sẽ có phím Create Column Stream Spec kèm theo trong trang Conditions. Để biết chi tiết về chức năng của phím này, xem thêm Specification Types Section of Chapter 7 - Column trong Steady State Modelling Guide. Properties Page Cửa sổ Properties page biểu diễn tất cả Transport Properties cho mỗi pha của dòng. Các tính chất này bao gồm: Vapour / Phase Fraction Temperature Nhiệt hóa hơi của một trong HYSYS được xác định là lượng nhiệt yêu cầu để chuyển từ lỏng bão hòa sang hơi bão hòa Pressure Actual Vol. Flow Mass Enthalpy Mass Entropy Molecular Weight Molar Density Mass Density Std. Liquid Mass Density Molar Heat Capacity Mass Heat Capacity Thermal Conductivity Viscosity Vap. Frac. (mass basis) Vap. Frac. (volume basis) Molar Volume Act. Gas Flow Act. Liq. Flow Std. Liq. Flow Std. Gas Flow Watson K Kinematic Viscosity Cp/Cv Lower Heating Value Mass Lower Heating Value Liquid Fraction Partial Pressure of CO2 Avg. Liq. Density Heat of Vap. Mass Heat of Vap. Mở rộng bảng hiển thị hay sử dụng Scroll Bar để xem các giá trị pha riêng lẻ, như biểu diễn trong hình dưới đây. Không một giá trị nào trong trang này (các giá trị được biểu diễn bằng màu đen) có thể thay đổi được, bởi vì chúng phụ thuộc vào các điều kiện dòng ban đầu (áp suất, nhiệt độ, thành phần, …). Không thể thay dổi thành phần dòng được tính bởi HYSYS. Màu mặc định cho các giá trị dòng có sẵn là màu xanh và màu đen cho các giá trị được tính bởi HYSYS Composition Page Chọn Composition page trên Worksheet tab để mở trang Composition của dòng vật chất. Có thể định rõ hay thay đổi thành phần dòng bằng cách nhấp vào phím Edit hoặc nhập vào giá trị trong dòng dữ liệu và bấm phím Enter. Các thao tác này sẽ nhập các cấu tử vào bảng Input Composition. Ví dụ được biểu diễn trong hình dưới đây, phần mol (mole fractions) cho mỗi thành phần trong pha tổng, pha hơi hay pha lỏng đều được hiển thị. Cũng có thể xem thành phần bằng cách sử dụng phím Basic. Đối với các đơn vị biểu diễn thành phần, lựa chọn phím OK sẽ ngay lập tức tiêu chuẩn hóa các thành phần sao cho tổng là 1 nếu các thành phần có chứa các giá trị. Phím Cancel đóng bảng lại nếu không có bất kỳ thay đổi nào được thừa nhận. Phím đóng Sau khi bấm phím Basis, có thể lựa chọn một trong các phím trong bảng hiển thị dòng để chọn đơn vị biểu diễn thành phần mới. Sau khi bấm phím Close, thành phần dòng sẽ được biểu diễn sử dụng đơn vị biểu diễn thành phần mới. Bấm phím Edit trong bảng hiển thị dòng vật chất sẽ mở ra trang Input Composition. Khi làm việc trong trang Input Composition có thể thay đổi các thành phần bằng cách lựa chọn một phím trong nhóm Composition Basic và nhập chúng vào các dòng tương ứng. Không thể thay đổi các thành phần cho dòng đã được tính toán bởi HYSYS. Khi di chuyển đến trang Comp của dòng đó, phím Edit sẽ không truy cập được. Phím thay đổi thành phần Thực hiện… Erase Xóa toàn bộ các thành phần Normalize Cho phép nhập bất kỳ giá trị phần mol của các cấu tử thành phần và HYSYS sẽ chuẩn hóa các giá trị sao cho tổng của chúng bằng 1. Phím này rất có ích khi nhiều thành phần cùng có mặt nhưng chỉ mong muốn cung cấp giá trị cho một vài trong số đó. Khi nhập các thành phần, bấm phím Normalize và HYSYS sẽ bảo đảm rằng tổng của chúng bằng 1, trong khi xác định các thành phần bằng 0. Nếu các thành phần bị bỏ trống , HYSYS sẽ không sử dụng để tính toán nhanh cho dòng đó. Chú ý rằng phím Normalize không áp dụng cho lưu lượng dòng, bởi vì không có sự hạn chế với lưu lượng dòng tổng K Value Page Trang K Value hiển thị giá trị hằng số cân bằng pha K hoặc hệ số phân bố cho mỗi cấu tử trong dòng là tỷ lệ giữa phần mol của cấu tử i trong pha hơi và phần mol của nó trong pha lỏng. Trong đó: Ki = hằng số cân bằng pha hoặc hệ số phân bố yi = phần mol của cấu tử i trong pha hơi xi = phần mol của cấu tử i trong pha lỏng Notes Page Có thể sử dụng trang này để chèn bất kỳ ghi chú nào tương ứng với thiết bị vận hành cũng như đối với case mô phỏng nói chung. 2.1.2. Attachments Tab Unit Ops Page Trong Unit Ops page, có thể xem loại và tên của các thiết bị vận hành và các phần tử logical mà dòng gắn kèm vào. Bảng hiển thị ba nhóm: Nhóm thiết bị mà dòng là sản phẩm của nó Nhóm thiết bị mà dòng là nguyên liệu của nó Các công cụ logical có liên kết với các dòng Có thể truy cập vào giao diện thuộc tính của các thiết bị vận hành hoặc công cụ logical có sẵn bằng cách nhắp đúp vào ô có tên (Name) hay ô loại (Type). Utilities Page Các lựa chon trong trang Utilities cho phép: Đính kèm Utilities cho dòng hiện thời Xem Utilities có sẵn được đính kèm với dòng Xóa Utilities có sẵn được đính kèm với dòng 2.1.3. Dynamics Tab Các lựa chon trong Dynamic tab cho phép thiết lập các đặc tính động cho mô phỏng. Nếu không dự định chạy case ở chế độ động, không cần thiết phải thay đổi bất kỳ thông tin nào hiển thị trong trang Specs của tab này. 2.1.4. User Variables Tab Trong tab này có thể thiết lập và cài đặt các biến số riêng do người sử dụng thiết lập (User Variables) được sử dụng trong mô phỏng HYSYS. Để tìm hiểu kỹ xem thêm chương User Variables trong Customization Guide. Biểu tượng dòng năng lượng (màu đỏ) 2.2. Dòng năng lượng Dòng năng lượng được biểu diễn bằng mũi tên màu đỏ trong Tool Palete. Phương pháp để nhập một dòng năng lượng là bấm vào phím biểu tượng có trong Object Palette và đưa sang PFD. Phương pháp này ngay lập tức cho phép truy cập ngay vào giao diện hiển thị thuộc tính của dòng năng lượng. Cũng có thể mở bảng hiển thị dòng năng lượng trong Workbook bằng cách nhắp đúp vào ô liên kết với dòng năng lượng. Phím xem thiết bị vận hành trước dòng Bảng hiển thị dòng năng lượng chứa 4 tab cho phép xác định các giá trị của dòng, xem các đối tượng mà dòng đính kèm và định rõ các thông tin động. Các tab này là: Streams, Unit Ops, Dynamics và User Variables. Phím xem thiết bị vận hành sau dòng Cũng như đối với dòng vật chất, bảng hiển thị dòng năng lượng cũng có các phím View Upstream Operation và View Downstream Operation, cho phép xem thiết bị vận hành dòng đang kết nối. Tuy nhiên, dòng năng lượng khác với dòng vật chất ở chỗ, khi không có kết nối trước hay sau nào với dòng (mà điều này rất hay xảy ra đối với dòng năng lượng) thì phím tương ứng sẽ không hoạt động. Khi chuyển một dòng năng lượng sang một dòng vật chất, tất cả các tính chất của dòng vật chất sẽ không có sẵn, ngoại trừ tên dòng 2.2.1. Stream Tab Từ tab này, có thể định rõ tên dòng (Stream Name) và dòng nhiệt (Heat Flow). Ngoài ra, cũng có thể chuyển dòng hiện thời sang một dòng vật chất, bằng cách lựa chọn phím Convert to Material. Khi chuyển sang dòng vật chất, sẽ mất tất cả cả các thông tin hiện thời của dòng, ngoại trừ tên dòng. Hình dưới biểu diễn Stream tab của giao diện hiển thị thuộc tính dòng năng lượng. 2.2.2. Unit Ops Tab Unit Ops Tab hiển thị tên (Names) và loại (Type) của tất cả các đối tượng được đính kèm. Cả các thiết bị vận hành hay các phần tử Logical trong dòng Product From hay dòng Feed To, đều phụ thuộc tương ứng vào dòng nhận hay cung cấp năng lượng. Có thể nhắp đúp vào cả dòng Product From hay Feed To để truy cập vào giao diện thuộc tính của thiết bị vận hành liên kết với dòng. 2.2.3. Dynamics Tab Các chức năng của Dynamics Tab cho phép thiết lập các đặc tính động cho mô phỏng. Nếu không dự định chạy case trong Dynamic mode, không cần thiết phải thay đổi bất kỳ thông tin nào hiển thị trong trang Specs của tab này. 2.2.4. User Variables Tab Trong tab này có thể thiết lập và cài đặt các biến số riêng do người sử dụng tạo ra (User Variables) để sử dụng trong mô phỏng HYSYS. Để tìm hiểu kỹ xem thêm chương User Variables trong Customization Guide.