Bài giảng Nén hai cấp

Nén hai cấp Nội dung Ví dụ này đưa ra ứng dụng điển hình của hoạt động tuần hoàn. Nguyên liệu vào các trạm nén khí ở 35 oC (95 oF) và 1.725 kPa (250 psia). Khí sản phẩm có áp suất 6.900 kPa, và được nén qua hai cấp. Mỗi cấp bao gồm một tháp tách, một máy nén, và thiết bị làm lạnh. Chất lỏng tách ra từ mỗi tháp tách được tuần hoàn trở lại cấp nén trước, sau khi đã giảm áp. Mục tiêu Khi hoàn thành bài này, có thể: Sử dụng công cụ Recycle trong HYSYS Lựa chọn vị trí cắt thích hợp cho Recycle Yêu cầu Biết cách thiết lập dòng và các thiết bị trong PFD Sơ đồ công nghệ PFD Thực hiện mô phỏng Sử dụng Peng Robinson EOS với các cấu tử sau : N2, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, C6 : Xây dựng sơ đồ mô phỏng 1. Thiết lập Mixer với các giá trị sau: 2. Thêm Separator với các tham số sau: 3. Thêm Compressor: 4. Thêm Cooler: 5. Thêm Mixer: 6. Thêm Separator: 7. Thêm Valve: 8. Thêm Compressor : 9 . Thêm Cooler : 10. Thêm Separator : 11. Thêm Valve : Nói chung Recycle sử dụng để tính toán tuần hoàn dòng vật liệu mà không tuần hoàn dòng năng lượng. Thiết lập Recycles cho sơ đồ công nghệ Recycle là công cụ toán học để tính toán quá trình tuần hoàn dòng vật chất. Thiết lập Recycle tương tự như thiết lập các công cụ mô phỏng khác trong HYSYS. Nguồn nguyên liệu đầu vào Recycle được gọi là dòng tính toán, dòng sản phẩm ra là dòng giả định. Recycle tạo ra một block lý thuyết trong sơ đồ công nghệ. Dòng nguyên liệu vào block được sử dụng để tính toán dòng tuần hoàn, sản phẩm là dòng tuần hoàn giả định. Quá trình hội tụ, diễn ra các bước sau : Luôn luôn đưa ra giá trị giả định cho dòng ra của Recycle, không bao giờ là dòng vào Recycle. Giá trị giả định đưa ra càng gần với giá trị thực, quá trình hội tụ sẽ diễn ra nhanh hơn. HYSYS sẽ sử dụng điều kiện của dòng giả định (dòng ra) và các tham số quá trình trong flowsheet để tính toán dòng vào Recycle. Sau đó HYSYS sẽ so sánh giá trị của dòng tính toán với dòng giả định. Dựa trên sự khác biệt giữa các giá trị, HYSYS sẽ chỉnh sửa các giá trị dòng tính toán sao cho phù hợp với giá trị của dòng giả định. Quy trình tính toán sẽ dừng lại cho đến khi các giá trị là phù hợp trong phạm vi sai số cho phép. Chú ý rằng cả hai van LetDown 1 và LetDown 2 trên các dòng ra (cũng chính là các dòng vào Recycle) đã biết. Đây sẽ là điểm bắt đầu tốt cho dòng giả định (dòng giả định cho Recycle) 1. Thiết lập Recycle đầu tiên bằng cách bấm vào biểu tượng Recycle trong Object Palette (như hình bên cạnh). Connections Tab - Connections Page Trong Connections Page, điền tên và các dòng vào dòng ra Recycle như trong giao diện dưới. Parameters Tab Tolerance Page Sai số cho phép càng nhỏ, yêu cầu tính toán cang khắt khe. Nói chung nên bắt đầu bằng giá trị mặc định để đạt hội tụ, sau đó sẽ đưa ra các điều kiện khắt khe hươn nếu cần. Trong cửa sổ này HYSYS cho phép thiết lập các điều kiện để hội tụ hoặc các sai số cho phép với mỗi biến Recycle. Trong ví dụ này giữ nguyên các giá trị mặc định. Numerical Page Trong cửa sổ này có các lựa chọn cho hai kiểu Recycle là Nested (lồng vào nhau) hoặc Simultaneous (đồng thời). Nested: là kiểu tuần hoàn trong đó bất cứ khi nào chúng gặp nhau trong quá trình tính toán. Sử dụng kiểu này khí có một Recycle hoặc nhiểu Recycle không nối với nhau. Simultaneous: tất cả các Recycle được tính toán đồng thời cung một lúc. Sử dụng lựa chọn này khi trong lưu trình có nhiều Recycle được liên kết với nhau (inter-connected). Trong trường hợp này sẽ sử dụng Nested Recycle. Monitor Tab Trong cửa sổ này hiển thị các thông tin thực hiện quá trình tính toán. Bất cứ biến nào được thay đổi giữa cá vòng tính lặp đều sẽ được hiển thị trong bảng này. Worksheet Tab Trong cửa sổ này hiển thị các thông tin của dòng vào và dòng ra. Ví dụ, trong trường hợp này dòng vào và dòng ra có cùng thông tin. Bởi vì trước khi thiết lập Recycle, dòng vào đã được HYSYS tính toán. Khi được nối vào Recycle, các điwwù kiện của dòng vào tự động được chuyển qua cho dòng ra sử dụng làm tham số giả định để bắt đầu tính toán. 2. Thiết lập Recycle thứ hai với các thông tin sau. Bước cuối cùng là nối các dòng ra của các Recycle làm các dòng vào Mixre1 và Mixre2: RCY 1 Out nối làm dòng vào cho Mixre 1 RCY 2 Out nối làm dòng vào cho Mixre 2 Lưu case vào thư mục xác định. Sau đó chuyển thành file Template và lưu lại. Phân tích kết quả Mở giao diện thuộc tính của các Recycle và vào Convergence Tab. Có bao nhiêu vòng lặp đã được thực hiện để hội tụ? Mở Worksheets Tab của mỗi Recycle. Các biến của dòng vào và dòng ra có giá trị như thế nào? Phần mol pha hơi của dòng vào và dòng ra bằng bao nhiêu? RCY 1 RCY 2 Inlet Vapour Fraction Outlet Vapour Fraction Nếu phần mol pha hơi khác nhau khá nhỏ, sai số cho phép về thành phần phần mol các cấu tử khá bé (thay đổi tolerance từ 10.0 đến 1.0). Có sự khác nhau nào không? Advanced Modelling Bởi vì công cụ Recycle là công cụ toán học tính toán quá trình vật lý, có vai trò hết sức quan trọng trong mô phỏng. Vị trí của các dòng được cắt ra ảnh hưởng đến quá trình tính toán hội tụ của các Recycle. 1. Chọn vị trí cắt sao cho số Recycle là nhỏ nhất Giảm số vị trí mà quá trình tính lặp yêu cầu sẽ giảm được tổng thời gian hội tụ. Chọn vị trí Recycle phụ thuộc vào ccaaus truc hình học của lưu trình. Lưu ý chọn vị trí cắt nếu như có thể sao cho việc khai báo các tham số của dòng giả định sẽ được thực hiện như các dòng chính. Thường là sau các điểm thu gom (mixer) và trước các điểm phân phối (tees, separator và columns) 2. Chọn vị trí cắt sao cho các biến số của Recycle là nhỏ nhất Biến bao gồm phần hơi, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng dòng, enthalpy và thành phần. Lựa chọn vị trí sao cho càng nhiều biến cố định không bị thay đổi càng tốt, như vậy sẽ loại trừ được ảnh hưởng của các biến và làm tăng tính ổn định của quá trình hội tụ. Tốt nhất nên chọn các vị trí là đầu vào Separator, Compressor, sau dòng ra thiết bị làm lạnh cooler và heater. Rất không tốt nếu chọn vị trí cắt dòng có Adjust điều khiển một trong các biến. 3. Chọn vị trí cắt ổn định Vị trí cắt có thể chọn sao cho những thay đổi trong dòng tuần hoàn có ảnh hưởng nhỏ nhất. Ví dụ chọn dòng chính, ảnh hưởng của sự biến thiên do Recycle sẽ là nhỏ nhất. Tầm quan trọng của yếu tố này phụ thuộc vào thuật toán hội tụ. Điều này càng quan trọng khi sử dụng phép thế liên tiếp. Exploring with the Simulation Bài tập 1: Đặt Recycle ở vị trí nào và tại sao? Bài tập 2: Đặt Recycle ở vị trí nào và tại sao? Giả sử Feed đã được xác định hoàn toàn, độ giảm áp Sheel và Tube đã biết, đã biết nhiệt độ dòng Column Feed Bài tập 3: Đặt Recycle ở vị trí nào và tại sao? Giả sử Feed đã được xác định hoàn toàn, độ giảm áp Sheel và Tube cho E-100 và E-101 đã biết, đã biết nhiệt độ dòng 3 và 4 Bài tập 4: Đặt Recycle ở vị trí nào và tại sao? Giả sử Feed đã được xác định hoàn toàn, độ giảm áp Sheel và Tube E-100 đã biết. Bài tập 5: Sau khi hoàn thanh mô phỏng, sếp yêu cầu bạn thiết lập Compressor Curves cho Stage 2 Compressor có sẵn đang làm việc trên hiện trường. Với Compressor hiện đang có sẵn có thể đạt được với áp suất bạn cần, là 6900 kPa, hoặc là bạn sẽ phải sử dụng thêm cấp nén thứ 3. Bài tập 6. Ban than phiền với sếp, Polly Sin rằng bài mô phỏng của bạn mất quá nhiều thời gian hội tụ trên máy tính bởi vì Recycle và nhân cơ hội này kiến nghị thay máy tính có tốc độ cao hơn. Polly đã xem sơ đồ mô phỏng của bạn và yêu cầu trên cơ sở có thẻ giảm thời gian hội tụ bằng cách loại bỏ một Recycle trong sơ đồ mô phỏng. Bạn hay Polly, ai đúng?