ввод компонентов

ВВЕДЕНИЕ
Программный продукт Aspen Plus 10.2, выпущенный американской
фирмой Aspen Tech Inc., предназначен для моделирования статических и
динамических режимов химико-технологических процессов и систем. Для
работы с данным программным продуктом пользователь должен уметь
пользоваться персональным компьютером и операционной системой
Windows 95 или более поздней.
Aspen Plus 10.2 включает в себя большую базу данных по различным
неорганическим и органическим химическим веществам в различных
агрегатных состояниях и различным смесям веществ. В состав данного
программного продукта входят различные программные модули для расчета
типовых химико-технологических процессов, таких как ректификация,
абсорбция выпаривание, сушка, рекуперация тепла. Программный продукт
Aspen Plus 10.2 позволяет производить синтез оптимальных систем
теплообмена, осуществлять расчет различных типов химических реакторов,
смесителей и делителей потоков.
ЗАПУСК ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА ASPEN PLUS 10.2
Для того чтобы запустить программный продукт Aspen Plus 10.2,
необходимо проделать следующие действия (рис.1):
Рис. 1. Запуск программного продукта Aspen Plus 10.2.
1
Рис. 2. Окно выбора шаблонов и файлов.
2
Рис. 3. Выбор типа моделирования и системы измерений.
1. Щелкнуть левой кнопкой манипулятора мышь на кнопке «Пуск»,
расположенной в левом нижнем углу экрана.
2. В появившемся меню выбрать пункт «Программы».
3. В пункте меню «Программы» необходимо подвести курсор манипулятора
мышь на надпись «Aspen Tech».
4. Затем выбрать следующие пункты меню: «Aspen Engineering Suite»,
«Aspen Plus 10.2», «Aspen Plus User Interface».
Когда Вы выполните двойной щелчок левой кнопки манипулятора
мышь на пункте «Aspen Plus User Interface», то на экране появится окно,
изображенное на рис. 2. В этом окне имеются следующие важные пункты:
Blank Simulation, Template, Open an Existing Simulation. Здесь для
открытия нового файла используется пункт Template. Если Вы хотите
загрузить в память компьютера уже созданный Вами файл, то тогда
выберите пункт Open an Existing Simulation. После выбора нужного пункта
следует нажать на кнопку Ok, после чего на экране монитора появится
предложение выбрать систему единиц и процесс моделирования (рис. 3). В
появившемся окне выберите пункт General with Metric Units, что означает
метрическую систему измерений. В окне Run Type необходимо выбрать
пункт Flowsheet, а затем, нажать на кнопку Ok.
Программный продукт Aspen Plus 10.2 является лицензионным и
представляет собой сетевую версию. Для того чтобы подключиться к
3
сетевому серверу, необходимо нажать на кнопку Ok в появившемся окне
(рис. 4).
Рис. 4. Окно подключения к компьютерной сети.
Если Вы грамотно выполнили все перечисленные выше указания по
запуску программного продукта Aspen Plus 10.2, то перед Вами должно
появиться окно, похожее на представленное на рис. 5.
4
Рис. 5. Окно программного продукта Aspen Plus 10.2.
ДЕКОМПОЗИЦИОННЫЙ РАСЧЕТ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Рассмотрим декомпозиционный расчет химико-технологических
систем (ХТС) при помощи программного продукта Aspen Plus 10.2. Данный
программный продукт позволяет определять оптимальные места разрыва на
схеме замкнутой ХТС, определять последовательность расчета и
осуществлять полный расчет схемы.
Пусть задана следующая химико-технологическая система, схема
которой представлена на рис. 6.
Исходные данные для расчета.
Вещества: Вода (H2O) подается в аппарат № 1 (поток № 1); этиловый спирт
(C2H5OH) подается в аппарат № 4 (поток № 7).
Расход на входе в схему: спирт 10 кг/ч, вода 10 кг/ч.
Температура: 200С.
Давление: 1 атм. Коэффициенты байпасирования:
Номер потока
Коэффициент
Номер потока
Коэффициент
3
0,4
8
0,1
4
0,7
12
0,2
6
0,6
13
0,3
5
Рис. 6. Химико-технологическая схема.
Для того чтобы решить данную задачу при помощи программного
продукта Aspen Plus 10.2, необходимо изображенные на рис. 6 аппараты
представить в виде смесителей (MIXER) и делителей (FSPLIT).
СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ В ASPEN PLUS 10.2
В нижней части рабочего окна программного продукта Aspen Plus 10.2
(см. рис. 5), имеются закладки с наименованиями различных типов
аппаратов, которые можно использовать при составлении химикотехнологических схем. В данной лабораторной работе мы будем
использовать аппараты, сгруппированные под закладкой Mixers/Splitters.
Для того чтобы нарисовать технологическую схему необходимо
щелкнуть мышью на закладку, соответствующую требуемой группе
аппаратов. Справа от изображения аппаратов появится направленная вниз
стрелка. Если нажать на эту стрелку, то на экран выводится полный список
аппаратов, соответствующих выбранному типу. Щелкните на закладку
Mixers/Splitters и на направленную вниз стрелку, расположенную справа от
обозначения группы аппаратов FSplit. Если Вы все сделали правильно, то на
экране должно появиться окно, изображенное на рис. 7.
При задержке курсора манипулятора мышь на каком-либо из
показанных типов аппаратов, рядом с ним, на желтом фоне, появится
надпись. В появившемся окне выберите аппарат FSplit, рядом с которым
написано Block. При этом, курсор мыши примет крестообразный вид.
Переместите курсор мыши в то место, где Вы хотите видеть данный аппарат
на схеме и нажмите на левую кнопку. Если требуется изобразить несколько
таких аппаратов, то передвигайте курсор и нажимайте левую кнопку мыши.
Для того чтобы отменить режим установки аппарата на схему, необходимо
переместить курсор в чистое поле схемы и нажать правую кнопку мыши.
Химические
аппараты,
расположенные
на
схеме,
можно
переименовывать, поворачивать и удалять. Для того чтобы переименовать
6
аппарат, необходимо подвести к нему курсор и нажать сначала на левую, а
затем и на правую кнопку мыши. На экране появится меню, изображенное на
рис. 8. Рассмотрим пункты данного меню.
Input - данный пункт предназначен для ввода параметров аппарата. В
частности, для делителей потоков вводятся: температура, давление,
коэффициенты байпасирования.
Delete Block - удаляет аппарат из схемы.
Rename Block - переименовывает аппарат на схеме. При выборе
данного пункта меню на экране появляется окно, в котором необходимо
ввести новое имя аппарата и нажать кнопку Ok (рис. 9).
Рис. 7. Окно Aspen Plus, показывающее различные типы делителей.
Rotate Icon - позволяет пользователю поворачивать аппарат таким
образом, чтобы было удобно соединять материальные и тепловые потоки.
При выборе данного пункта меню Вам будут предложены варианты
вращения аппарата:
Rotate Left - повернуть аппарат влево на 900,
Rotate Right - повернуть аппарат вправо на 900,
Flip Left/Right - повернуть аппарат вокруг вертикальной оси на 1800,
Flip Up/Down - повернуть аппарат вокруг горизонтальной оси на 1800 (рис.
10).
7
Рис. 8. Переименовывание, поворот и удаление аппарата.
8
Рис. 9. Окно переименования аппарата на схеме.
Рис. 10. Пункты меню для поворота аппарата на схеме.
После того как на схему нанесены изображения всех требуемых
аппаратов, необходимо их соединить при помощи материальных или
тепловых потоков. Для этих целей, нажмите на направленную вниз стрелку,
расположенную справа от изображения потока с надписью Material
STREAMS. В появившемся на экране изображении потоков, выберите поток
с надписью Material (см. рис. 11). Если Вы переместите курсор мыши в
область построения схемы, то сразу же у нанесенных на схему аппаратов
появятся изображения входных и выходных потоков (см. рис. 12).
Соединение входного потока с аппаратом осуществляется следующим
образом.
1. Подведите курсор мыши к входному потоку первого аппарата (на схеме
должен быть обозначен как B1). Рядом с входным потоком должна
появиться надпись: «Feed (Required; one or more if splitting material
streams)», сообщающая о том, что поток является входным и требует
подсоединения одного или более потоков.
2. Нажмите на левую кнопку мыши и переместите курсор.
3. Нажмите еще раз на левую кнопку мыши.
4. Нажмите в свободном месте поля схемы на правую кнопку мыши.
9
Рис. 11. Выбор типа потока.
10
Рис. 12. Изображения входных и выходных потоков у аппаратов.
11
Рис. 13. Надпись, появляющаяся у выходного потока.
Рис. 14. Окончательный вид химико-технологической схемы.
Для подсоединения выходного потока к аппарату необходимо
произвести аналогичные действия, за исключением того, что курсор
необходимо будет подвести к выходному потоку из аппарата, после чего
появится надпись: «Product (Required; two or more if splitting material
streams)», сообщающая о том, что поток является выходным и требует
подсоединения двух или более выходных потоков.
Для соединения двух аппаратов между собой необходимо произвести
следующие действия.
1. Выбрать материальный поток Material STREAMS (см. рис. 11).
2. Подвести курсор к выходному потоку одного из аппаратов и нажать на
левую кнопку мыши.
3. Подвести курсор к входному потоку аппарата с которым производится
соединение и нажать на левую кнопку манипулятора мышь.
4. Нажать на правую кнопку мыши в свободном месте поля схемы.
Нанесите на схему остальные аппараты, входные и выходные потоки.
Соедините аппараты так, как показано на рис. 14. Если требуется выравнить
потоки, то для этого необходимо выделить схему, выбрать пункт главного
меню Flowsheet и щелкнуть на пункте Align Blocks (см. рис. 15).
12
Рис. 15. Выравнивание потоков и блоков на технологической схеме.
После того как химико-технологическая схема составлена, необходимо
перейти к вводу параметров, исходных данных, специфицирующих расчет.
ВВОД КОМПОНЕНТОВ
Для того чтобы ввести компоненты (химические
необходимо в меню Data выбрать пункт Components (рис. 16).
13
вещества),
Рис. 16. Выбор пункта Components из меню Data.
После того как Вы выбрали пункт Components, на экране должно
появиться окно изображенное на рис. 17. Кроме того, слева появится
древовидная структура просмотра данных Data Browser. Передвигаясь по
данному окну можно задать исходные данные, компоненты и различные
параметры схемы.
В появившемся окне (рис. 17) Component Specifications - Data
Browser, на закладке Selection имеется три поля для ввода компонентов:
Component ID, Type, Component name, Formula.
Component ID - идентификатор компонента, который будет
использоваться программным продуктом Aspen Plus 10.2
Type - тип компонента, как правило, Conventional.
Component name - имя компонента.
Formula - химическая формула компонента.
В поле Component ID наберите H2O и нажмите клавишу Enter.
Программа должна автоматически заполнить поля Type, Component name и
Formula. Если Вы не знаете формулы компонента, или программа не
заполнила выше перечисленные поля, то необходимо нажать на кнопку
поиска Find.
14
Рис. 17. Вид окна для ввода компонентов.
Рис. 18. Окно поиска компонентов.
15
Рис. 19. Вид окна Find в момент поиска компонента.
16
Рис. 20. Окончательный вид окна Component Specifications - Data
Browser.
В результате, на экране появится окно поиска компонентов Find (рис. 18). В
окне Find на закладке в поле Component name or formula вводится формула
или имя компонента. Введите в данном поле формулу воды : H2O. Справа на
этой же закладке расположены кнопки: Find now, Close, New search.
Нажатие на кнопку Close закроет окно Find. Нажмите на кнопку Find now
для того, чтобы найти нужный Вам компонент. После нажатия на данную
кнопку окно Find увеличится в размерах и примет вид, показанный на рис.
19. В появившемся списке компонентов дважды щелкните левой кнопкой
мышки на надписи WATER, либо пометив эту надпись, нажмите на кнопку
Add, расположенную в нижней части окна Find. При нажатии на кнопку New
Search можно найти следующий интересующий пользователя компонент.
Нажмите на данную кнопку и добавьте в список компонентов этанол. Затем
нажмите кнопку Close. Если Вы все сделали правильно, то на экране
появится окно, практически совпадающее с изображенным на рис. 20.
ВВОД ПАРАМЕТРОВ РАЗМЕРНОСТЕЙ
И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
После того как введены компоненты, необходимо нажать на синюю
кнопку N-> в окне Component Specifications - Data Browser, после чего на
экране появится окно Setup Specifications - Data Browser с закладкой
Global, изображенное на рис. 21.
17
Рис. 21. Закладка Global окна Setup Specifications - data Browser
В поле Title, появившегося окна, можно задать имя создаваемого Вами
проекта. Данное поле является необязательным, а следовательно, может быть
пустым. В полях Input data и Output results, установите систему измерений
METCKGSM (метр, секунда, килограмм, сантиметр), как показано на рис. 22.
Затем нажмите на кнопку N->.
18
Рис. 22. Установка системы единиц измерений.
В появившемся окне Properties Specifications - Data Browser, в
закладке Global, требуется задать методы и математические модели, по
которым будут рассчитываться физико-химические свойства веществ (рис.
23). В поле Process type, из раскрывающегося списка, выберите пункт
WATER. В поле Free-Water method автоматически появится название
метода STEAM-TA (рис. 24). Данный метод используется практически со
всеми веществами, если в системе присутствует вода. После ввода типа
процесса и выбора метода для расчета воды, необходимо установить модель
по которой будут рассчитываться физико-химические и термодинамические
свойства веществ. Щелкните мышью на направленную вниз стрелку,
расположенную справа от поля Property method, в появившемся списке
выберите пункт IDEAL. Нажмите на кнопку N->, чтобы перейти к вводу
параметров потоков.
19
Рис. 23. Закладка Global окна Properties Specifications - Data Browser.
Рис. 24. Задание метода расчета физико-химических свойств.
20
ВВОД ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ
При нажатии на кнопку N-> окна изображенного на рис. 24. На экране
появится окно, изображенное на рис. 25. В этом окне необходимо нажать на
кнопку Ok, когда переключатель (радиокнопка) находится в положении «Go
to Next required input step».
Рис. 25. Окно перехода к следующему шагу ввода.
После этого на экране будут появляться окна, в которых Вам будет
предложено ввести исходные данные для материальных потоков и блоков
(аппаратов). На рис. 26. Изображено окно для ввода параметров первого
потока. Заголовок появившегося окна показывает, для какого потока или
блока производится ввод исходных данных. Например, изображенное на рис.
26 окно, имеет заголовок «Stream 1 (MATERIAL) Input - Data Browser».
Это говорит о том, что должны быть введены исходные данные для первого
материального потока. В появившемся окне необходимо задать основные
параметры, характеризующие поток: температуру, давление, концентрации
компонентов, расходы.
Для того, чтобы ввести температуру материального потока,
необходимо, в группе свойств State variables, ниже надписи Temperature,
ввести соответствующее значение. Введите значение температуры 20 и,
нажав на находящуюся справа от значения, направленную вниз стрелку,
21
выберите из списка единиц измерений градусы Цельсия, как это показано на
рис. 27.
Рис. 26. Ввод параметров первого потока.
22