Использование ЭВМ в хим технологии часть 1

Формат документа: doc
Размер документа: 7.69 Мб





Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Пермский государственный технический университет
Кафедра химической технологии топлив и углеродных материалов



К.В. Федотов, А.В. Кудинов



DESIGN-II для Windows
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ
ПРОГРАММНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ
Часть 1.

Методические указания по пользованию программным обеспечением












Пермь 2009
ВВЕДЕНИЕ
Хорошо известно, что в последнее время особое внимание в промышленности стало обращаться на оптимизацию производственных процессов. Однако из-за высокой интеграции химико-технологических процессов их анализ и оптимизация весьма сложны и неизменно требуют применения вычислительной техники. Отсутствие соответствующего программного обеспечения, наряду с ограничением стоимости работ и времени, необходимых для выполнения работ, может привести к анализу и оптимизации только части существующей технологии или рассмотрению меньшего количества вариантов технических решений. Кроме того, для более полной проработки режимов работы технологии и управления в масштабах завода, в некоторых случаях возникает необходимость моделирования химико-технологических систем в динамических условиях.
Ранее, процесс моделирования технологических процессов и систем требовал применения языков программирования и поэтому использовался исключительно специалистами, свободно разбирающимися в химической технологии, моделировании и программировании. Бурное развитие мощных персональных компьютеров и интуитивных графических интерфейсов пользователя позволило создать специализированные программные оболочки, автоматизирующие сложные вычисления и наглядно отображающие результаты расчета. Сейчас в мире существует небольшой выбор конкурентоспособных программных оболочек для моделирования стационарных, динамических и периодических химико-технологических систем, которые применяются для проведения технологических расчетов при инженерном анализе и проектировании. При использовании этих программных оболочек пользователю нет необходимости очень хорошо знать языки программирования, так как процесс составления модели производства заключается в использовании базы данных по процессам, с помощью которой пользователь на экране компьютера составляет технологическую схему, соединяя аппараты технологическими потоками.
До последнего времени такое программное обеспечение в России не применялось. Вероятно это связано с тем, что наряду с относительно высокой ценой на приобретение лицензии по его использованию и достаточно высокими затратами на подготовку квалифицированных пользователей оно относится к разряду “высоких технологий”, и на которое до недавнего времени существовало ограничение на продажу в Россию (в настоящее время этот список включает Ливию, Кубу, Северную Корею, Иран, Ирак и Сирию). Однако в отличие от стран Западной Европы и Америки, в России широкого использования подобного программного обеспечения не произошло. Вероятно это связано с уровнем подготовки инженерных кадров, так как для успешного применения подобных программных оболочек необходимо наличие на предприятии высококвалифицированных специалистов-технологов, имеющих соответствующую теоретическую подготовку и опыт работы с подобными программными продуктами. Так, например, каждый университет США, производящий подготовку инженерно-технических кадров, обязательно использует в учебном процессе подобное программное обеспечение.
Существуют два семейства программных оболочек: off-line и on-line. Семейство off-line оболочек (не взаимодействующих непосредственно с технологическим процессом) может использоваться в инженерно-технических отделах компаний и в отделах оперативного бизнес-планирования. Они позволяют проектировать новое производство, помогают устранять узкие места в технологической цепочке, моделируют отдельные установки или весь завод, позволяют моделировать реконструкцию действующих установок для оценки возможностей перехода от существующей технологии к перспективной. В целях оптимизации производства или анализа существующих проблем и аварийных ситуаций, эти системы помогают оценивать экономические аспекты производства, планировать ресурсы, продукцию и график работ. Семейство on-line оболочек работает непосредственно в технологической цепочке производства в режиме реального времени. При его функционировании в режиме реального времени собирается информация от систем, датчиков и контроллеров, далее эта информация архивируется и предоставляется операторам, технологам и менеджерам в удобной для них форме. Так же на основе полученной информации и модели процесса соответствующие модули вычисляют оптимальные значения управляющих параметров, выставляют требуемые значения на внешние устройства и отслеживают реакцию процесса. Поэтому производство работает в оптимальном режиме, минимизируются затраты энергии и материалов, повышаются качество и выход готовой продукции. Однако для установки on-line продуктов необходимо иметь работающую систему распределенного управления нижнего уровня (датчики, контроллеры, оборудование с автоматическим управлением) и адекватные модели основных процессов и системы (цеха или завода) в целом.
Основываясь на вышесказанном, с целью повышения уровня подготовки отечественных студентов-технологов, кафедры ТНВ и ТТУМ химико-технологического факультета Пермского государственного технического университета (ПГТУ) приобрели академическую лицензию на использование программной оболочки Design-II для Windows (off-line типа), использующегося рядом зарубежных технических университетов и компаний.
Особенность программной оболочки Design-II для Windows соответствует названию оболочки: "Design" – проектирование, конструирование. На самом деле, наряду с возможностями производить моделирование и оптимизацию сложных химико-технологических систем эта программная оболочка позволяет одновременно производить проектный расчет параметров основного технологического оборудования и выполнять функции, отсутствующие у других программных оболочек:
уточненное моделирование системы трубопроводов (горизонтальные, вертикальные, наклонные) для двухфазных систем с учетом теплопередачи и возможностью образования жидкостных и газовых "пробок";
расчет параметров различных смесей аминов, позволяющие считать колонные аппараты с учетом кинетики массоотдачи;
уточненный расчет ректификационных колонн с расчетом их диаметра;
расчет параметров теплообменников и сепараторов;
наличие у каждого модуля оборудования возможности детального определения режимов расчета с помощью ключевых слов и внедрения в модуль программы пользователя на алгоритмическом языке Фортран;
обработка экспериментальных данных и расчет недостающих свойств по существующим свойствам чистых веществ и структуре вещества с одновременным созданием файла базы данных пользователя;
легкое расширения баз данных по веществам и процессам;
возможность создания неограниченной ХТС посредством "сшивки листов";
возможность доступа пользователя к базе данных по свойствам чистых веществ, включающей: молекулярную массу, структуру, критические свойства, давление насыщенного пара, теплоту парообразования, теплоемкость идеального газа, вязкость газа и жидкости, теплопроводность газа и жидкости, удельный объем, поверхностное натяжение, др;
возможность экспорта результатов расчета в MS Excel.

Рассмотрим основные правила пользования программной оболочкой Design-II для Windows в на примере создания ХТС (пошагово).
1. Запуск программы DESIGN-II
Для запуска программы необходимо войти в сеть факультета с ИМЕНЕМ и ПАРОЛЕМ пользователя, которые предусматривают доступ к сетевому диску с DESIGN-II (ИМЯ и ПАРОЛЬ на вход в сеть сообщаются преподавателем или обслуживающим персоналом перед началом занятий).
ВНИМАНИЕ: Во избежание несанкционированного доступа к этому сетевому диску и возможной порче программного обеспечения, пользователи обязаны хранить полученные ИМЯ и ПАРОЛЬ на вход в сеть в тайне.
После входа в сеть запуск программы осуществляется двойным щелчком левой кнопки мыши по значку программы на рабочем столе WINDOWS-98. После нормального запуска DESIGN-II на экране монитора появится следующее изображение.



2. Создать новый документ
Для создания нового документа нажать кнопку и выбрать размер рабочего листа и его ориентацию на экране.

3. Расположить оборудование на рабочем листе
Нажать на кнопку "Оборудование", выбрать необходимое оборудование из списка и расположить его на рабочем листе.

4. Присоединить к оборудованию технологические потоки и обозначить их направления
– Выбрать пункты "Show Snap Points" и "Auto-routing" в разделе меню "Options";
– Нажать кнопку "Потоки" и соединить ими оборудование на рабочем листе;
– Нажать кнопку "Стрелки" и обозначить ими направления каждого потока.

5. Сделать на рабочем листе необходимые подписи
– В разделе меню "Text" установить шрифт "Arial" и необходимый размер шрифта. Желательно делать надписи на английском языке;
– Нажать кнопку "Текст" и сделать надписи на рабочем листе.






6. Выбрать систему измерений
– Выбрать пункт "Preferences" в разделе меню "Specify";
– В разделе "Units" выбрать систему СИ "SI System";
– Для более детального выбора единиц измерения можно нажать "Override specific units…" в поле Units, и изменить единицы измерения.



7. Определить использующиеся в схеме вещества и параметры потоков питания
– Выбрать инструмент "Поток", выбрать поток 1, и дважды нажать на левую кнопку "мыши";
– В окне Required Specifications потока 1 нажать кнопку "Basic Conditions";


– В окне Flowrate specification выбрать метод разгонки нефти по фракциям;
– Для задания индивидуальных компонентов нажать кнопку "Components…".

– В окне Component Selection включить сортировку по формуле и выбрать все использующиеся вещества (выбор осуществлять кнопкой "Add");
– Задать исходные параметры потока 1 в окне Stream Conditions;
– Аналогичным образом задать параметры остальных входных потоков.

8. Определить термодинамические методы для расчета свойств системы.
– Выбрать опцию Basic Termo… в пункте Specify меню;
– Установить необходимые термодинамические методы для расчета свойств системы.

9. Определить спецификацию всего имеющегося оборудования
– Выбрать инструмент "Оборудование", навести на каждое изображение оборудования на рабочем столе и дважды нажать на левую кнопку "мыши";
– Выбрать опцию "Basic…" для входа в модуль определения спецификации оборудования.







Теплообменник Х – 1 Теплообменник Х – 2

Колонна К – 1

10. Определить методы сходимости решения при расчете рециклов
– Выбрать опцию Recycle… в пункте Specify меню;
– Задать максимальное количество итераций, точность расчета рецикла, метод сходимости и по необходимости, выбрать из списка рециркулирующий поток (кнопка "Recycle Streams…");
– определить метод сходимости решения при расчете рецикла (обычно выбирается "Wegstein").







11. Сохранить рабочий лист и произвести расчет схемы
– Выбрать опцию Save в пункте File меню для сохранения созданного рабочего листа на диске (например BOILER.PSD) путь к файлу должен содержать только латинские символы (названия папок);
– Для расчета выбрать опцию Execute… в пункте Simulate меню.

12. При желании можно вывести значения потоков на рабочий лист
– Выбрать пункт Stream Data Box… в пункте Simulate меню;
– Выбрать вариант отображения потоков: "Все потоки", "Потоки по выбору";


– Способы выражения концентраций отображаемых потоков можно выбрать нажав кнопку Stream Box Details…, необходимая размерность отмечается галочкой;


– Для ограничения количества отображаемых на рабочем листе параметров потока необходимо нажать кнопку Stream Box Items… и произвести выбор, отметив необходимые параметры "галочкой";
– При необходимости изменить единицы измерения выводимых на экран параметров потоков: температуры, давления, времени и т.д. Для этого можно использовать Stream Box Items… или выбрать пункт Print Options… в пункте Specify меню, выбрать систему измерений Units System или для детального выбора нажать кнопку Override specific units… (после изменения единиц измерений необходимо произвести расчет заново).



База данных Design-II по компонентам
При создании любой ХТС, одим их необходимых шагов, является: определение всех компонентов, которые используются в конкретной ХТС. Вход в базу данных, которая содержит данные об 879 компонентов, можно осуществить из главного меню: "Specify -> Components" или из меню любого потока: "Components".

Для ускорения поиска можно выбрать вариант сортировки компонентов в базе данных (при смене варианта сортировки, в зависимости от быстродействия компьютера, следует подождать 5-15 сек, необходимых для перегруппировки компонентов): ID – порядковый номер в БД, Name – название компонента (например: HYDROGEN), Mixed Amine Support – "Yes" или "No" значит обеспечение возможности использования данного компонента в расчете колонны аминовой абсорбции-десорбции с учетом кинетики, Formula – сортировка по формуле, Molecular Weight – по молекулярному весу, Boiling Point – по температуре кипения.
Для ускорения поиска, необходимо набрать соответствующие цифры или символы в окне: Search For: . После поиска компонента, необходимо нажать кнопку "Add" для переноса сомпонента в окно: "Component Selected".
В зависимости от номера компонента, база данных разбита на 11 групп. Каджая группа содержит различное количество свойств.
1-99
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, ТС, РС, параметр ацентричности, VC, параметр растворимости (Дж/м3)0,5, энтальпия и энтропия образования

100-999
Компоненты, задаваемые пользователем:
100-150 – составы нефти и нефтепродуктов,
200-250 – химические компоненты пользователя, задаваемые из ChemTran
300-310 – твердые компоненты пользователя, задаваемые из ChemTran

1000-1999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, ТС, РС, давление насыщенного пара

2000-2999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, ТС, РС, давление насыщенного пара

3000-3999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, давление насыщенного пара

4000-4999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, давление насыщенного пара

5000-5999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость, ТС, РС

6000-6999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, ТС, РС

7000-7999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости, теплоемкость

8000-8999
Название, структура, молекулярный вес, температура кипения, плотность жидкости

9000-9999
Компоненты для ионных реакций


Как видно, база данных имеет не все свойства, которые могут быть необходимы для расчетов, поэтому необходимые параметры должны быть введены в Базу Данных Пользователя из справочной литературы, т.к. при расчетах необходимые свойства будут рассчитываться из существующих по соответствующим корреляциям. Для этого необходимо использовать программу, обслуживающую базу данных: ChemTran. Кроме того, с помощью ChemTran, для некоторых веществ возможно возможно достаточно точно оценить все свойства, включая критические, давление насыщенного пара и т.п. по структуре вещества.

Использование базы данных Design-II в качестве справочника
Для получения доступа к базе данных программной оболочки необходимо выполнить ШАГ 1. После запуска программы необходимо активизировать утилиту, обслуживающую базу данных ChemTran. Для этого необходимо выбрать в главном меню пункты: "Simulate => Use CHEMTRAN".
После запуска утилиты ChemTran далее необходимо:
набрать программу (шаблон отсутствует);
сохранить файл на диске: "Save" (расширение файла "in");
запустить расчет нажатием кнопки CHEMTRAN;
просмотреть результаты расчетов в одноименном файле (расширение "out").
Пример написания программы для просмотра свойств воды (ID 62).
AB123
* H2O PROPERTIES VIEW

COMP = 62


SI UNI OUT
C- MET UNI OUT
TEM UNI OUT = C
C- PRE UNI OUT = MMHG





TAB P-T(C) 62 = -50, 500, 50

TAB L-T(C) 62 = -50, 500, 50
TAB CP-T(C) 62 = -50, 500, 50
TAB VIS-T(C, LIQ) 62 = -50, 500, 50
TAB VIS-T(C, VAP) 62 = -50, 500, 50
TAB THE CONT-T(C, LIQ) 62 = -50, 500, 50
TAB THE CONT-T(C, VAP) 62 = -50, 500, 50
TAB V-T(C) 62 = -50, 500, 50
TAB SUR TEN-T(C) 62 = -50, 500, 50

PRINT PROPERTIES

ENDОбязательный текст для начала задачи
Обязательный комментарий после "* "

№ компонента (если их больше одного, то список через запятую: СОМР = 62, 63, 64)

Переключение результатов расчета в систему СИ (активен)
или в Метрическую систему (неактивен)
Переключение температуры при выводе в (С (активен)
…давления при выводе в мм.рт.ст (неактивен)
(Внимание: по умолчанию используется американская система измерений: Фунт-Фут-Фаренгейт-Btu)

Давление насыщенного пара от –50(С до +500(С, шаг 500
Теплота испарения
Теплоемкость идеального газа
Вязкость жидкости
Вязкость газа
Теплопроводность жидкости

Теплопроводность пара

Удельный объем
Поверхностное натяжение

Команда вывода указанных свойств в файл в виде таблиц в соответствующих единицах измерения
Конец текста программы


Использование веществ, отсутствующих в базе данных DESIGN-II. Приблизительная оценка свойств веществ по их структуре.
База данных DESIGN-II по веществам включает 879 чистых веществ. Однако если необходимо проводить расчеты с веществами, отсутствующими в базе данных, то существует возможность создания базы данных пользователя. Эта база данных пользователя может содержать до 50 веществ (ID 200-250), которые при использовании в расчетах могут существовать в газовой и жидкой фазах и 10 твердых компонентов (ID 300-310).
Для создания базы данных пользователя необходимо для каждого вещества найти в справочной литературе следующие данные:
– молекулярный вес, температура кипения при Р=1 атм, критическая температура, критическое давление, критический объем, критический параметр сжимаемости, дипольный момент, параметр ассоциации и т.д.;
– температурные зависимости давления насыщенного пара, теплоты парообразования, изобарной теплоемкости, теплопроводности газа и жидкости, вязкости газа и жидкости, поверхностное натяжение.
Далее, с помощью утилиты ChemTran из этих параметров необходимо будет сформировать файл базы данных и подключить его к основной базе данных.
Однако найти все указанные параметры в справочной литературе может потребовать очень большого количества времени. Поэтому в DESIGN-II предусмотрена возможность предварительной оценки всех необходимых для расчетов параметров по структуре вещества. В дальнейшем, данные рассчитанные по структуре могут быть в любой момент заменены справочными данными.
В настоящее время программа может оценить свойства по структуре для веществ, имеющих до 9 групп атомов, соединенных одинарными ("("), двойными ("(") или тройными ("(")связями.
Например, структура фреона R-123 (С2НCl2F3): может быть промаркирована по атомам:








Следует обратить внимание на то, что атом водорода не маркируется, т.к. программа сама считает количество атомов водорода по валентности. Таким образом, указанную структуру можно описать по правилам ChemTran следующим образом: C1-F2, C1-F3, C1-F4, C1-C5, C5-CL6, C5-CL7
Ниже приведен пример программы в командах ChemTran, позволяющей рассчитать свойства фреона R-123 по его структуре и вывести их в файл.
AB123
* R-123 PROPERTIES CALC AND VIEW

COMP = 200
NAM 200 = R123
STRU 200 = C1-F2, C1-F3, C1-F4, C1-C5, C5-CL6, C5-CL7

SI UNI OUT

TEM UNI OUT = C


TAB P-T(C) 200 = -50, 500, 50
TAB L-T(C) 200 = -50, 500, 50
TAB CP-T(C) 200 = -50, 500, 50
TAB VIS-T(C, LIQ) 200 = -50, 500, 50
TAB VIS-T(C, VAP) 200 = -50, 500, 50
TAB THE CONT-T(C, LIQ) 200 = -50, 500, 50
TAB THE CONT-T(C, VAP) 200 = -50, 500, 50
TAB V-T(C) 200 = -50, 500, 50
TAB SUR TEN-T(C) 200 = -50, 500, 50

PRINT PROPERTIES
ENDОбязательный текст для начала задачи
Обязательный комментарий после "* "

№ компонента базы данных пользователя
Название компонента ID 200: "R123"
Команда указания структуры компонента


Переключение результатов расчета в систему СИ
Переключение температуры при выводе в (С
Вывод в виде таблиц
Давление насыщенного пара
Теплота испарения
Теплоемкость идеального газа
Вязкость жидкости
Вязкость газа
Теплопроводность жидкости

Теплопроводность пара

Удельный объем
Поверхностное натяжение

Команда вывода указанных свойств в файл
Конец текста программы

Этот пример только выводит результаты расчета в файл, но не формирует файл базы данных пользователя. Рассмотрим пример формирования файла базы данных пользователя и подключения его к базе данных оболочки.
Например, на ректификацию при производстве фреона R-122 подается смесь, содержащая: C2Cl4, HF, HCl и фреоны R-121, R-122, R-123. Из указанных компонентов в базу данных DESIGN-II включены: C2Cl4 (ID3058), HF (ID1113), HCl (ID1017), R-123 (ID1205), но R-121 и R-122 отсутствуют.
Ниже приведен пример программы в командах ChemTran, позволяющей рассчитать свойства фреонов R-121 и R-122 по их структуре, частично заполнить свойства этих компонентов справочными данными, вывести результат расчета в файл базы данных пользователя.
AB123
* R-121 AND R-122 ADDITION

COMP = 200, 201
NAM 200 = R121
NAM 201 = R122

STRU 200 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-CL6, C4-F7
STRU 201 = C1-CL2, C1-CL3, C1-C4, C4-CL5, C4-F6, C4-F7

TB(K) 200=389.75
TB(K) 201=345.0
TC(K) 201=519.15
PC(ATM) 201=36.52
VC(CM3/GMOL) 201=310.46

FILE NEW=ADD2,FRES,DATA

PRINT PROPERTIES
END
Обязательный текст для начала задачи
Обязательный комментарий после "* "

№№ новых компонентов
Название компонента ID 200: "R121"
Название компонента ID 201: "R122"

Команда указания структуры компонента ID200
Команда указания структуры компонента ID201

T кипения компонента 200 из справочника
T кипения компонента 201 из справочника
Критическая температура из справочника
Критическое давление из справочника
Критический объем из справочника

Указание имени файла базы данных пользователя: ADD2FRES.DAT
Активизация указанных выше режимов
Конец программы

После выполнения этой программы на диске будет сформирован файл базы данных пользователя ADD2FRES.DAT. Для подключения этого файла к базе данных DESIGN-II необходимо:
– выбрать из базы данных компоненты: C2Cl4 (ID3058), HF (ID1113), HCl (ID1017), R-123 (ID1205), Chem-200 (ID200) , Chem-201 (ID201);
– указать имя файла базы данных пользователя путем выбора Advanced Thermo… в пункте Specify основного меню и ввода имени базы данных:
После запуска программы свойства компонентов Chem-200 и Chem-201 будут заполнены из файла ADD2FRES.DAT.

Создание ХТС с технологическими операторами, не связанными с химическими превращениями и паро-жидкостным равновесием (смеситель, делитель, насос, компрессор, турбина, задвижка, трубопровод)

Для того чтобы составленная ХТС могла быть рассчитана программой необходимо заполнить спецификации на все входящие потоки, и необходимую спецификацию на все имеющееся оборудование (спецификация в аппарате открывающаяся кнопкой Basic).

Смеситель (Mixer и Mixer 2):
Предназначен для смешения потоков. Имеет обозначение:















Если потоки имеют различное давление, то после смешения поток с большим давлением адиабатически расширяется до нижнего давления. Количество входящих потоков не ограничено. Для данного аппарата можно задавать только имя и номер по схеме. Mixer это единственный аппарат в программе Design-II для которого не требуется заполнять спецификацию.


Делитель (Divider и Divider Multiple):
Делитель может делить один поток на два потока (Divider) и от2 до 6 потоков (Divider Multiple).








Divider Divider Multiple
При использовании делителя на 2 потока необходимо задать либо расход: Flow Rate выходящего потока либо его долю Flow Fraction от 0 до 1.






При делении потока на от 2 до 6 потоков необходимо использовать "Divider Multiple" с заданием либо расходов: Flow Rate всех выходящих потоков либо их доли Flow Fraction от 0 до 1.



























Насос (Pump):
Насос предназначен для моделирования перекачки потоков.















Количество входных потоков может быть более 1, но выходной один. В этом случае автоматически реализуется функция смесителя. После смешения, количество паровой фазы на входе и выходе не может быть более 0,9.
Обычно необходимо задать давление на выходе. Однако, можно задать на выходе точку кипения или конденсации, но в таком случае необходимо ввести температуру потока, а давление будет рассчитано автоматически.
Volumetric – для поршневых и плунжерных помп, Isentropic – для центробежных.
Двигатель насоса (Driver): Электрический, Топливный газ или Паровой (газовая или паровая турбина). Для первого и второго задается только мощность двигателя, а для парового – мощность и энтальпия пара на входе и выходе. Если мощности не хватает, то давление на выходе считается исходя из располагаемой мощности.


Компрессор (Compressor):











Компрессор сжимает газовую фазу до указанного давления, однако, в соответствии с указанной мощностью двигателя. Законы сжатия: Адиабатический и Политропический (коэф. политропы либо считается программой, либо задается).
Обычно необходимо задать давление на выходе. Однако, можно задать на выходе точку кипения или конденсации, но в таком случае необходимо ввести температуру потока, а давление будет рассчитано автоматически.
На входе, количество паровой фазы должно быть более, чем 0,9. Количество потоков – не ограничено. Количество выходных потоков: 1 или 2. Если выходных потока 2, то один из потоков – газ, а второй – жидкость.
Двигатель компрессора (Driver): Электрический, Топливный газ или Паровой (газовая или паровая турбина). Для первого и второго задается только мощность двигателя, а для парового – мощность и энтальпия пара на входе и выходе. Если мощности не хватает, то давление на выходе считается исходя из располагаемой мощности.
Можно использовать многостадийный компрессор (кол-во стадий не более 10)
В этом случае необходимо задать давления или соотношения давлений на каждой ступени и температуру на входе после межступенчатого охлаждения.













Турбина (Expander):







Используется для получения количества работы, которое может быть совершено газовым, жидким или двухфазным потоком при сбросе давления в адиабатном процессе. Эта работа может использоваться в компрессоре для привода через контроллер (Controller).


Клапан или вентиль (Valve):
Предназначен для расчета адиабатического сброса давления потока либо до Р конечного (Pressure Out), либо на некоторый перепад давления (Pressure Drop). Существуют 4 вида.




















Поток может быть однофазным или двухфазным. Количество входящих потоков не ограничено. Если потоки имеют различное давление, то поток с большим давлением адиабатически расширится до нижнего давления (функция смесителя), и только затем происходит сброс давления в модуле.
Выходных потоков может быть от 1 (для всех типов) до 3 (для Valve-1 – Valve-3 типов).
Если выходных потоков 2, то один поток – ГАЗ, а другой – ЖИДКОСТЬ.
Если выходных потоков 3, то один поток – ГАЗ, другой – ВОДА, третий – УГЛЕВОДОРОДЫ
(в этом случае необходимо задавать термодинамическую функцию, которая может считать термодинамическое равновесие в Г-Ж-Ж системе)
Используя процедуры из Keyword Input возможно произвести детальный расчет размеров сосуда (горизонтального или вертикального) для типов Valve-1 – Valve-3.


Трубопровод (Line):















Этот модуль вычисляет перепад давления на линиях трубопроводов или системы трубопроводов. Модуль может иметь один или большее количество входных потоков и один выходной поток. Он может быть соединен с другими модулями оборудования для моделирования полной линии трубопровода. Поток, входящий в модуль может быть газовый, жидкий или двухфазный (учитывается даже возможность образования жидких пробок при течении двухфазного потока). Вычисления могут быть изотермические, адиабатические, или основаны на теплопередаче к окружающей среде, несколько методов вычисления которой могут быть выбраны пользователем. Один модуль может рассчитать сложную линию с подъемами, спусками и горизонтальными участками различной длины. Возможна передача параметров через модуль регулятора в компрессор или насос для компенсации перепада давления.
Basic: Можно выбрать стандартный (американский) трубопровод заданного диаметра (в дюймах inch) и с конкретным типом стенки: STD – стандартная, XS – усиленная (Extra Strong), XXS – дважды усиленная (Double Extra Strong).
















Однако можно выбрать внутренний диаметр и толщину стенки трубы самостоятельно:








Layout: В этой секции необходимо указать ориентацию трубопровода и его длину:
Линия трубопровода может быть: – Horizontal горизонтальная, – Vertical Upwards вертикальная с восходящим потоком, – Vertical Downwards вертикальная с нисходящим потоком. Длина трубопровода должна исключать длину стыков и присоединений.


















При выборе режима "Elevation Profile" (В окне Basic):











Возможен выбор трех режимов: – No Elevation Changeнет повышений или понижений трубопровода; – Elevation (absolute)абсолютное значения подъема или спуска некоторого участка трубопровода от начала (начало – "0"), т.е. глубина его залегания; – Elevation Changeотносительное значение подъема или спуска трубопровода на участках (начало каждого участка – "0"). В третьем случае (относительный подъем) "+" – подъем, "–" – спуск.











Кроме профиля подъема или спуска возможно задать режим как изотермического (по умолчанию), так и для неизотермического потока Heat Transfer (В окне Basic).







Можно также определить коэффициент теплопередачи по длине трубы "Specified U" или задать необходимые параметры для расчета коэффициента теплопередачи по длине трубы "Calculated U".

Рассмотрим вариант задания коэффициента теплопередачи: "Specified U"









В этом случае необходимо задать температуру окружающей среды по длине магистрали с помощью кнопки Temperature of Surroundings…, т.е. температура может быть различной по длине трубы, а также коэффициент теплопередачи по длине трубы с помощью кнопки Heat Transfer Coefficient в соответствующих единицах.



















При выборе варианта расчета коэффициента теплопередачи: "Calculated U" необходимо задать температуру окружающей среды с помощью кнопки Temperature of Surroundings…, а также, параметры трубы, теплоизоляции и параметров окружающей среды с помощью кнопки Pipe, insulation and Surroundings….









Температура окружающей среды задается по длине магистрали. Как в предыдущем случае с помощью кнопки Temperature of Surroundings….
При открытии окна задания параметров трубы и теплоизоляции Pipe, insulation and Surroundings…, необходимо выбрать то, что является окружающей средой: воздух, вода или почва. После выбора воздуха или воды необходимо задать теплопроводность окружающей среды с помощью кнопки Conductivity of Surroundings… и скорость ее движения по длине трубы с помощью кнопки Velocity of Surroundings…. При выборе почвы – необходимо задать теплопроводность окружающей среды и глубину залегания трубы в земле с помощью кнопки Pipe Depth….









Теплопроводность воздуха или воды задается кнопкой Conductivity of Surroundings… в следующем окне:















Скорость воздуха или воды задается кнопкой Velocity of Surroundings… в следующем окне:










Если окружающая среда является землей то ее характеристики задаются кнопкой Pipe Depth… в следующем окне:

В разделе материала трубы Material of Construction, необходимо выбрать конструкционный материал трубы в строке Pipe Material с помощью полосы прокрутки, а также количество слоев теплоизоляции, ее толщину по длине трубы и теплопроводность слоя изоляции с помощью кнопки Pipe Insulation…. В следующих окнах:





























Вспомогательное оборудование

Покомпонентный разделитель (Com Splitter): предназначен для упрощенного моделирования колонн разделения, адсорберов и т.п.

Имеет до 6 входных потоков и 2 выходных. При наличии нескольких входных потоков сначала используется функция смесителя, а затем – делителя:
Для использования данного модуля необходимо заполнить две спецификации Basic… и Product Temperature… они вызываются соответствующими кнопками в основном окне модуля.









Basic:
В опции Basic задаются параметры "верхнего" продукта выходящего из аппарата, причем необходимо указать номер потока, соответствующего верхнему продукту.
Возможные спецификации (для задания состава верхнего продукта):
Mol FractionУказывается мольная доля компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока.
Comp Molar FlowУказывается мольный расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока.
Comp Mass FlowУказывается массовый расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока.
Comp Vap Vol FlowУказывается расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока в паровой фазе или эквивалент в жидкой.
Comp Liq Vol FlowУказывается расход компонента, выделяющегося в верхний продукт из исходного потока в жидкой фазе или эквивалент в паровой.
Окно имеет следующий вид:












В окне Product Temperature… задаются параметры выходящих потоков: верхнего и нижнего это окно выглядит следующим образом:







Для верхнего и нижнего потоков опции одинаковые:
Top Tem from FeedТемпература выходного потока равна температуре входного потока.
Top Tem OutУказывается температура выходного потока.
Top Bubble TemТемпература потока равна температуре в точке кипения.
Top Dew TemТемпература потока равна температуре в точке конденсации.

Огневой подогреватель (Fired Heater): предназначен для расчета материального и теплового балансов огневого подогревателя.

Для проведения расчетов необходимо заполнить две спецификации Basic… Optional Parameters… которые доступны из основного окна аппарата через соответствующие кнопки:












В окне Basic… можно задать либо температуру выходящего потока, либо количество тепла передаваемое подогревателем выходящему потоку:








В окне Optional Parameters… можно задать следующие данные:

Delta Pressureперепад давления в потоке;
Efficiency Эфективность использования теплоты сгорания топлива
Heating Value of FuelТеплота сгорания топлива









В результатах расчетов следует обратить внимание на:
Q ABSORBED KJ/SEC 277.7 – расчетная тепловая нагрузка на подогреватель
FUEL M3(NTP)/SEC 0.1068 – расход топлива


Манипулятор потоков (Stream Manipulator): Предназначен для работы с потоком и его преобразования. Доступен из под меню.

Манипулятор потоков работает следующим образом в него входит один поток, а выходят два, причем один из выходящих потоков полностью идентичен входящему, а другой изменен в соответствии с заполненной спецификацией. Возможны следующие спецификации:
Add Режим добавления потока с изменением одного или нескольких компонентов;
Subtract Режим вычитания потока с изменением расхода за счет одного компонента или нескольких компонентов;
Multiply Режим формирования потока только из указанных компонентов путем их умножения
Divide Режим формирования потока только из указанных компонентов путем их Деления
Heating Value Режим расчета высшей теплоты сжигания потока
Параметры работы данного модуля задаются в окне Basic… которое вызывается нажатием соответствующей кнопки в главном окне аппарата.












Рассмотрим несколько примеров:
При задании любого из режимов работы аппарата доступна опция Use Same Factor For All Components после установки флажка, при включении этой опции действия совершаются со всеми веществами, входящими в поток и состав потока при этом не изменяется, иначе изменение расхода для каждого компонента задается в ручную в поле Factors By Component.

Режим добавления потока с изменением его расхода (Add):















Режим вычитания потока с изменением его расхода (Subtract):















Режим формирования потока только из указанных компонентов (Multiply):







Поток 2 будет на состоять из водородаПоток 2 будет на такой-же как поток 1
кол-во Н2 будет в 10 раз больше, чем в 1однако его расход будет в 10 раз больше





Если включить режим "Multiply Flowrates By Their Molecular Weight", то расход потока будет дополнительно умножен на молекулярный вес, а если включить режим " Multiply Flowrates By SCF/MOL Conversion Factor", то расход потока будет умножен на объемный расход.

Режим формирования потоков (Divide):















Режим расчета высшей теплоты сжигания потока (Heating Value):
При использовании данного режима работы аппарата спецификаций заполнять не требуется, а результаты расчета можно посмотреть из главного окна аппарата нажав кнопку View Results.

Например:
HEATING VALUE:
KJ/M3(NTP) 12764.68






Для рециркулирующего потока 3 необходимо будет задать его начальное приближение

Вывод всех потоков на лист

Вывод выбранных потоков на лист

Мольный расход

Мольный состав

Массовый расход

Массовый состав

Для вывода мольного состава необходимо указать отображение мольного расхода

Ширина столбца таблицы (потока)

Расположение таблицы на экране

Количество цифр после запятой

Высота текста в таблице

Высота строки таблицы

Обозначение атомов
Атом
Символ

Бор
B

Бром
BR

Углерод
C

Хлор
CL

Фтор
F

Йод
I

Азот
N

Кислород
O

Кремний
SI

Сера
S











Выбор способа задания данных

Выбор потока, выходящего из делителя

Количество потоков выходящих из делителя

Способ задания данных

Список существующих потоков

Соответствие потоков, выходящих из делителя с существующими

Количество стадий сжатия

Давление после стадий сжатия

Температура охлаждения между стадиями

Давление потока на выходе

Valve

Valve – 1

Valve – 2

Valve –3

Задание параметров выходящих потоков

Параметры потока на выходе

Энтальпия пара на входе

Энтальпия пара на выходе

Мощность двигателя

Диаметр трубы

Тип стенки трубы

Внутренний диаметр трубы

Толщина стенки трубы

Общая длинна трубопровода

Ориентация трубопровода

Длинна участка трубопровода

Способ задания профилей трубопровода

Абсолютная высота залегания участка трубопровода

Длинна участка трубопровода

Относительный перепад высот залегания концов участка

Выбор режима расчета температуры

Вариант с заданием коэффициента теплопередачи

Длинна участка трубы

Температура окружающей среды

Длинна участка трубы


Коэффициент теплопередачи

Вариант с расчетом коэффициента теплопередачи

Вид окружающей среды

Материал трубы

Свойства окружающей среды

Свойства теплоизолирующего материала

Длинна учаска трубы

Коэффициент теплоотдачи окружающей среды

Длинна участка трубы

Скорость движения окружающей среды

Длинна участка трубы

Глубина залегания участка трубы в грунте

Название слоя теплоизоляции

Свойства слоя теплоизоляции

Удалить слой

Создать новый слой

Копировать слой

Сделать слой первым

Сделать слой последним

Выход

Длинна участка слоя теплоизоляции

Длинна участка слоя теплоизоляции

Толщина слоя теплоизоляции

Коэффициент теплопередачи слоя теплоизоляции

Основное окно модуля, покомпонентный разделитель

Строка выбора номера верхнего потока на схеме

Строка выбора спецификаций для верхнего потока

Список имеющихся веществ

Содержание компонентов в верхнем продукте

Задание параметров верхнего потока

Задание параметров верхнего потока

Температура потока на выходе

Количество тепла передаваемое потоку

Перепад давления в потоке

Эфективность использования теплоты сгорания топлива

Теплота сгорания топлива

Выбор изменяемого потока

Выбор способа изменения потока

Список компонентов входящих в поток

Поток 2 будет на 100% больше потока 1 (200%) станет за счет добавления водорода

Поток 2 будет на 3*100% больше потока 1 (400%) станет за счет добавления всех веществ

Поток 2 будет на 20% меньше потока 1(80%) получится за счет убавления водорода

Поток 2 будет на 3*20% меньше потока 1 (40%) получится за счет убавления всех веществ

Поток 2 будет на состоять из водорода кол-во Н2 будет в 10 раз больше, чем в потоке 1

Поток 2 будет на такой же как поток 1 однако его расход будет в 10 раз больше

Поток 2 будет меньше потока 1 в два раза за счет убавления водорода

Поток 2 будет в 2 раза меньше потока 1 его состав останется прежним