ProSimPlus. Моделирование и оптимизация установившихся технологических процессов

1.

ProSimPlus:
Моделирование и оптимизация
установившихся технологических процессов
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Stéphane Déchelotte (ProSim)

2.

Содержание
Что такое моделирование
технологических процессов
Как ProSimPlus может Вам помочь
Возможности ProSimPlus
Пример применения / демо
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

3.

Пример очень простой схемы процесса
Питание (Известно):
T=40 °C P=75 атм
Расход=100 Кмоль/час
Состав (мольных %):
Водород 9.0
Метан
41.7
Этан
11.2
Пропан
6.2
Бутан
5.4
Пентан
3.0
Гексан
8.1
Гептан
13.3
Октан
2.1
V2
25 атм
-60 °C
E2
15 °C
Рабочие параметры
(известны)
75 атм
Насос
V1
- 0.3 атм
Характеристики других потоков?
Характеристики оборудования? (поверхность
теплообмена теплообменника E2, мощность насоса,
количество отводимого тепла из V2,...)
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

4.

Программа моделирования
установившихся процессов
ProSimPlus рассчитывает точный
массовый и тепловой баланс
всего оборудования
для установившихся непрерывных
технологических процессов
Модели на основе 1-го закона термодинамики
мерные глобальные модели)
Анализ поведения всего процесса
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)
(1-

5.

Основные функции системы моделирования
технологических процессов
Расчет характеристик всех потоков (расходов,
температур,
свойств,...)
давлений,
составов,
физических
Расчет производительности оборудования
Расчет всех данных, нужных для выбора
оборудования
От одной единицы оборудования до всего завода
Для всех видов технологических процессов
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

6.

Содержание
Что такое моделирование
технологических процессов
Как ProSimPlus может помочь Вам
Возможности ProSimPlus
Пример применения / демо
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

7.

Полезен на всех стадия жизненного цикла
Исследования и разработки
Предпроектная проработка
Технологическое проектирование
Монтажное проектирование
Строительство и пусконаладка
Эксплуатация
От обработки экспериментальных данных …
…до оптимизации отдельной установки и
завода в целом
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

8.

Использование моделирования
технологических процессов в проекте
Как справится с возросшей сложностью проектов?
Как справится с нехваткой инженерных кадров?
Как быстро оценить выгодность нового процесса?
Как сократить стоимость инвестиций и риски?
Проектирование принципиальных технологических схем
Выбор оборудования для использования
Углубление знаний о процессе
Расчет процесса на основе массового и теплового баланса
Оценка альтернативных вариантов на основе критериев
затрат, безопасности,…
Накопление инженерного опыта
Все это возможно при использовании ProSimPlus
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

9.

Использование моделирования
технологич. процессов при эксплуатации
Как удерживать процесс вблизи предельных
параметров?
Как управлять сложными установками?
Как учесть новые законодательные требования
(к безопасности, охране труда, охране окружающей среде)?
Как справится с изменением качества сырья и
требований к качеству продукта?
Оптимизация эксплуатационных параметров
Модернизация и реконструкция существующих установок
Повышение эффективности, расшивка «узких мест»
Анализ чувствительности эксплуатационных параметров
Обучение операторов
Проверка и документирование соответствия требованиям
нормативных документов
ProSimPlus позволяет максимально повысить производительность
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

10.

Содержание
Что такое моделирование
технологических процессов
Как ProSimPlus может помочь Вам
Возможности ProSimPlus
Пример применения / демо
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

11.

Пример испарителя (без химических реакций)
Пар
Питание
Расход: F
Состав: z
Q
Энтальпия: HF
P
T
Данные: F, z, HF
Параметры: P, T, Q
Переменные: V, L, y, x, H, h
Расход: V
Состав: y
Энтальпия: H
Уравнения
Глобальный массовый баланс: L + V - F = 0
Покомп. массовый баланс: L . xi + V . yi - F . zi = 0
Жидкость
Тепловой баланс:
Расход: L
Состав: x
Энтальпия: h
Условия термодинамического равновесия:
L . h(T,P,x) + V . H(T,P,y) - F . HF(T,P,z) - Q = 0
fiv(T,P,y) = fiL(T,P,x)
Ограничения: xi = 1
Теплофизические свойства
Численные алгоритмы
или
yi = Ki (T,P,x,y) . xi
yi = 1
zi = 1
Модели хим. реакций
Модели аппаратов
Эти 4 элемента, необходимые для моделирования процесса,
составляют 4 основных части программной архитектуры
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

12.

Программная архитектура
Модели
оборудования
Thermodynamics
Х
ре им.
акц
ии
е
ны
ен ы
сл
Чи тод
ме
Simulis
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

13.

Теплофизические свойства
Полный спектр моделей
Классические уравнения состояния (PR, SRK,…) и модели коэффициентов
активности (NRTL,…)
Модели для предсказания параметров (UNIFAC, PSRK…)
Усовершенствованные специальные модели (PC-SAFT, электролиты,…)
Точный расчет равновесия
Полный набор сервисов
Интерактивные вычисления
Simulis
Графический показ рез-тов
Thermodynamics
Нефтяные фракции
Оценка свойств чистых
компонент
Регрессионный анализ данных
Преобразование размерностей
Фазовые диаграммы, etc…
Расширенные БД
Свыше 2 000 компонент
на основе БД
AIChE's DIPPR®
Коэффициенты бинарного
взаимодействия для ряда
систем
Открытая структура
CAPE-OPEN plug & socket
Режим «Эксперта»: VBScript
или DLL
Импорт БД, etc
Термодинамика – основа достоверных результатов
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

14.

Химические реакции
Мгновенные
Равновесные
С управляемой
кинетикой
Сложные
Thermodynamics
Реакторы PFR
Реакторы STR
Дистилляционные колонны …
Х
ре им.
акц
ии
Simulis
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

15.

Химические реакции:
централизованное описание
Простое
описание
реакций
Разные
типы
реакций
Пользователь
может выбрать
различные
кинетические
модели, включая
задание
собственной
Химические
реакции легко
описать,
настроить и
дополнить
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

16.

Химические реакции: просто использовать
для всей диаграммы процесса
Параметры реакции применяются для одного или нескольких
единиц оборудования
Для разных частей процесса можно описать разные наборы
реакций
TAUX
Purge
C10
SPEC
Набор реакций
#1
C08
AAA
1
C04
Legers
DT4
Набор реакций
#2
C03
C11
C13
C05
Hydrogène
C02
C07
C14
C09
C01
Benzène
C15
Cyclohexane
C06
C12
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

17.

Библиотека оборудования…
Модели
оборудования
Simulis
Thermodynamics
Открытая система,
легко пополняемая
специальными
пользовательскими
моделями
Х
ре им.
акц
ии
Полный набор
стандартных моделей
оборудования
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

18.

…включая классические модели…
Смесители и сепараторы
Теплообменники
Испарители Пар-Жидкость, Пар-Жидкость-Жидкость
Компрессоры, турбины, насосы, трубы
Химические реакторы (CSTR, PFR, минимизация свободной энергии)
Многоступенчатый сепаратор Пар-Жидкость для дистилляции,
абсорбции, отгонки
Многоступенчатый сепаратор Пар-Жидкость-Жидкость для
дистилляции, абсорбции, отгонки
Многоступенч. сепаратор Жидкость-Жидкость (Экстракц. колонна)
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

19.

…а также более специальные…
Пластинчатый теплообменник
Трехфазная дистилляция (Пар–Жидкость–Жидкость)
Дистилляция с химическими реакциями
Неравновесная дистилляция или абсорбция
Работа с твердой фазой (фильтры, гидроциклоны,…)
Топливные ячейки (SOFC)
Несколько уровней сложности моделей
Модели проверены в течении многих лет промышленного
использования
Численно эффективны, нет проблем сходимости
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

20.

Легко реализуемые
пользовательские модели
3 возможности пополнения
библиотеки оборудования
собственным ноу-хау:
Скрипты Windows
CAPE-OPEN
Оборудование, заданное
пользователем
Открытая система, которую Вы можете настроить
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

21.

Уникальная возможность:
пользовательские функции Windows Script
Код вводится прямо в GUI, в виде
скрипта MS-VB (легкий для изучения язык)
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

22.

Уникальная возможность:
пользовательские функции Windows Script
Хорошая возможность
определить новый простой тип
оборудования или
модифицировать встроенный
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)
Программный код не
требует дальнейшей
компиляции
Доступны параметры
всех потоков и
модулей
Можно изменить
работу любого
оборудования
Код исполняется по
мере необходимости
www.prosim.net

23.

«Стандартное» задание пользовательского
типа оборудования
Описывается специальной DLL
(Запрограммированной на FORTRAN, C++,…)
Эта DLL линкуется с ProSimPlus
Данные модули управляются так же, как
встроенные в систему
Параметры вводятся в стандартном GUI
(можно также создать собственный GUI, а
также собственное обозначение на диаграмме,
если требуется)
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

24.

«Стандартное» задание пользовательского
типа оборудования
Хороший вариант при добавлении ранее уже
запрограммированного типа оборудования
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

25.

Среда моделирования,
совместимая с CAPE-OPEN
В ProSimPlus реализован Unit Operation
"Socket"
External
CAPE-OPEN
ProSimPlus
Unit
Operation
(HTRI, ChemSep, etc…)
"ProSimPlus new CAPE-OPEN capabilities"
(A. Vacher et al.) – AIChE annual meeting
2006 – San Francisco – Paper # 535b
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

26. Пример: теплообменник HTRI в ProSimPlus

13
12
1
4
2
5
6
10
Схема с 3 теплообменниками и 2 рециклами
Вода и как продукт, и как теплоноситель
Цель:
Использовать термодинамический пакет COCO-TEA
Использовать модель теплообменников HTRI (Xist: shell & tubes)
Рассчитать схему с рециклами в ProSimPlus
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

27. Пример: теплообменники HTRI в ProSimPlus

www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

28.

Среда моделирования,
совместимая с CAPE-OPEN
В ProSimPlus реализован Unit Operation
"Socket"
Внешнее
CAPE-OPEN
ProSimPlus
Simulis®
совместим.
оборудов.
(HTRI, ChemSep, etc…)
Thermodynamics
Термодинамические расчеты
выполняются Simulis® Thermodynamics
Simulis® Thermodynamics совместим с
CAPE-OPEN (1.0 и 1.1)
Любое оборудование ProSimPlus может использовать любой
внешний CAPE-OPEN – совместимый термодинамический пакет
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

29.

Среда моделирования,
совместимая с CAPE-OPEN
Не требуется программирование интерфейса
Можно продолжать использовать любимый
термодинамический пакет или модели оборудования в
ProSimPlus без дополнительного программирования
Открытая система, сохраняет предыдущие инвестиции
ProSim был одним из первых участников инициативы
CAPE-OPEN
ProSim единственный разработчик, реализовавший
Unit Operation "Socket"
Thermodynamic Plug (1.0 и 1.1)
Thermodynamic Socket (1.0 и 1.1)
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

30.

Численные методы
Модели
оборудования
е
ны
ен ы
сл
Чи етод
м
Simulis
Thermodynamics
Х
ре им.
ак ц
ии
Надежные результаты
без траты времени на
проверки сходимости
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

31.

Мощные методы обеспечения сходимости
На всех уровнях расчета любого оборудования:
• Конкретный метод, подходящий для решаемых уравнений
(Newton, Gear, Runge Kutta...)
• Широкое использование аналитических производных
На уровне схемы в целом:
• Автоматическое определение последовательности
вычислений (tear streams)
• Точные и эффективные методы расчета рециклов и
соблюдения ограничений (Newton Raphson, Broyden, метод
последовательных подстановок,…)
Никаких требующих времени проверок сходимости
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

32.

Настройка численных методов
Если нужно,
пользователь
может
повлиять на
сходимость
процесса
моделирования
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

33.

Описание проектных требований
Расход CH4 = 400 кг/час
Питание:
T=40 °C P=75 атм
Расход=100 Kмольl/час
Состав (мольных %):
Азот
9.0
Метан
41.7
15 °C
Этан
11.2
Пропан
6.2
Бутан
5.4
Пентан
3.0
Гексан
8.1
Гептан
13.3
Октан
2.1
V2
25 атм
-60 °C
E2
75 атм
Насос
V1
- 0.3 атм
Достижение заданной производительности
Простейшее описание: сходно с контурами управления
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

34.

Принцип одновременного
расчета моделей оборудования
Последовательный
расчет
оборудования
1
2
Рециклы
Требования
Оптимизация
Одновременное
решение
уравнений схемы
...
Расчет всех моделей
оборудования
n
k
...
Достаточно 2-х
Для каждого оборудования, ProSimPlus рассчитывает
уровней итераций
характеристики выходных потоков на основе знания:
Можно задать
Входных потоков
Параметров оборудования
несколько требований,
соответствующие значения переменных
будут определены одновременно
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

35.

Возможен расчет очень сложных схем
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

36.

Возможности оптимизации
Определение
рабочих
условий
минимизирующих целевую функцию
процесса,
• Повышение производительности, увеличение экономии
энергии,…
• Учет существующих ограничений
Точный и надежный алгоритм
• Основан на SQP (алгоритме последовательного
квадратичного программирования)
• Настраиваемый для достижения точности и надежности
• Легкий в использовании
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

37.

Программа очень легка для освоения
Модели
оборудования
е
ны
ен ы
сл
Чи етод
м
Simulis
Thermodynamics
Х
ре им.
акц
ии
Сконцентрирована
на нуждах пользователя
Интуитивно ясная
при использовании
Легкая в обучении
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

38.

Сконцентрирована на нуждах пользователя
Aspen TASC (PSF file)
OLGA (PVT file)
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

39.

Многочисленные прочие возможности
Работа со схемой (выбор параметров оборудования,
копирование/вставка, вращение, масштабирование…)
Многоуровневые диаграммы
Преобразование единиц измерения (входных,
выходных, предопределенных систем единиц,…)
Выбор английского или французского интерфейса
Scriplets (Расчеты разгонок нефтей (TBP/ASTM) для потоков)
Пошаговое моделирование
Показ результатов в процессе расчета
Полностью документированные примеры применения
… и много других приятных открытий для Вас!
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

40.

Ключевые преимущества ProSimPlus
Открытость
Модели
оборудования
е
ны
ен ы
сл
Чи етод
м
Simulis
Thermodynamics
Х
ре им.
а кц
ии
Простота
работы с
системой
Численная эффективность
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)

41.

Свяжитесь с нами!
ProSim
Программные решения для моделирования и оптимизации
технологических процессов
E-mail: [email protected]
Web: www.prosim.net
ProSim SA
Stratège Bâtiment A
BP 27210
F-31672 Labège Cedex
France
Phone: +33 (0) 5 62 88 24 30
Fax: +33 (0) 5 62 88 24 39
ProSim, Inc.
Science Center
3711 Market street, 8th floor
Philadelphia, PA 19104
U.S.A.
Phone: +1 215 600 3760
Fax: +1 215 386 3970
www.prosim.net
Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011
Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim)