Simulis ® Thermodynamics Сервер расчета ТФС и ФР смесей

1. Simulis®Thermodynamics Сервер расчета ТФС и ФР смесей Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28-е октября 2011 Stéphane Déchelotte (ProSim)

2. Содержание • О важности термодинамики • Что включает Simulis® Thermodynamics • Как использовать Simulis® Thermodynamics • Как дополнить Simulis® Thermodynamics • Заключительные замечания

3. Пар Данные: F, z, HF Параметры: P, T, Q Переменные: V, L, y, x, H, h Расход: V Состав: y Энтальпия: H Питание P T Уравнения Общий массовый баланс: L + V - F = 0 Покомпонентный баланс: L . xi + V . yi - F . zi = 0 Баланс энетальпии: L . h(T,P,x) + V . H(T,P,y) - F . HF(T,P,z) - Q = 0 Условия фазового равновесия: fiv(T,P,y) = fiL(T,P,x)или yi = Ki(T,P,x,y) . xi Ограничения: S xi = 1 S yi = 1 S zi = 1 Расход: F Состав: z Энтальпия: HF Q Жидкость Расход: L Состав: x Энтальпия: h Важность термодинамики Пример испарителя (установившийся процесс, химических реакций нет) • Расчет констант равновесия и энтальпии основан на моделях • Адекватность результата определяется адекватностью моделей

4. % Ошибка в количестве тарелок a = 1.05 30 a = 1.2 25 a = 2 20 15 a = 4 10 a = 10 5 % ошибка относительной летучести ( a ) 0 5 10 15 20 Важность термодинамики

5. Важность термодинамики • Фазовое равновесие: фугитивность, коэффициенты активности,… Дистилляция, экстракция, абсорбция, кристаллизация,… • Термодинамические свойства: энтальпия, энтропия, теплоемкость,… Тепловой баланс, расчет компрессоров,… • Транспортные свойства:вязкость, теплопроводность,… Гидравлические потери,проектирование теплообменников, ректификационных колонн,…

6. Качество результатов зависит от модели

7. Содержание • О важности термодинамики • Что включает Simulis® Thermodynamics • Как использовать Simulis® Thermodynamics • Как дополнить Simulis® Thermodynamics • Заключительные замечания

8. Simulis® Thermodynamics Программный компонент расчетатеплофизическихсвойствифазовогоравновесиячистыхвеществилисмесей вMS-Excel®, MATLAB®илидругих приложениях Simulis Thermodynamics

9. Пример расчета, выполненного в Simulis® Thermodynamics Фазовая диаграммаи линия выпадения гидратовприродного газас использованием уравнения состояния Пенга-Робинсона(PR EOS)

10. Что включает Simulis® Thermodynamics? Databases (pure, BIP) Термодина-мические функции • Для расчета теплофизических свойств

11. Рассчитываемые теплофизические свойства Транспортные свойства • Изобарная теплоемкость (Cp) • Динамическая вязкость • Кинематическая вязкость • Теплопроводность • Плотность • Молярный объем • Молярная плотность • Поверхностное натяжение • Молекулярный вес Термодинамические свойства • Энтальпия (H) • Энтропия (S) • Внутренняя энергия (U) • Изохорная теплоемкость (Cv) • Энтальпия испарения Характеристики неидеальности • Коэффициенты активности • Летучесть (фугитивность) и коэффициенты фугитивности • Логарифм коэффициентов фугитивности • Константы Генри Характеристики сжимаемости • Коэффициент сжимаемости • Гамма (Отношение Cp/Cv) • Скорость звука • Коэффициент Джоуля-Томпсона • Также считаются частные производные свойствпо температуре, давлению и числу молей компонента

12. Что включает Simulis® Thermodynamics? Равно-весие (LV, LLV, LL,...) • Для расчета фазового равновесия Databases (pure, BIP) Термодина-мические функции

13. T P w V H S U T Равновесие жидкость-пар • Температуры и давления кипения и росы • Расчет равновесия (однократного испарения) при заданных: • - температуре (T) идавлении (P) • - доле отгона (w) и P (или T) • - энтальпии (H) и P (или T, или V, или U) • - энтропии (S) и P (или T, или V, или H, или U) • - внутренней энергии (U) и P (или T, или V) • - удельном объеме (V) и P (или T) • Фазовая диаграмма • Упругость паров по Рейду • Истинная упругость паров P w V H S U Решаемые задачи фазового равновесия Равновесие жидкость-жидкость-пар • Температура кипения • Равновесие при заданных: • -энтальпии и давлении • - температуре и давлении • - доле отгона и давлении Равновесие жидкость-жидкость • Расчет равновесия при заданных температуре и давлении

14. Что включает Simulis® Thermodynamics? БД (веществ,BIP) Термодина-мические функции Равно-весие (LV, LLV, LL,...)

15. Свойства индивидуальных веществ ипараметры бинарного взаимодействия • Свойства чистых компонент: • База данных более 2 000 компонентна основе БД AIChE's DIPPR® (опубликованной в 2006) • 34 константы (молярный вес, критическая температура,…) • 15 свойств, зависящих от температуры (Cp, Pi°, , Hvap …) • Дополнительно может быть поставлена последняя публичная БД DIPPR® • Все свойства чистых компонентможно посмотреть и изменить • Параметры бинарного взаимодействия: • Для ряда систем, когда требуется (NRTL, UNIQUAC,…)

16. Что включает Simulis® Thermodynamics? Термодина-мические модели БД (ве-ществ, BIP) Термодина-мические функции Равно-весие (LV, LLV, LL,...)

17. Широкий набор термодинамических моделей Комбинированные модели • MHV2 • MHV1 • PSRK • etc… Для отдельных продуктов • Вода/пар(Таблицы NBS/NRC - IAPS,1984) • Chao-Seader, Grayson-Streed • Водные растворы кислот • Карбоновые кислоты • Формальдегид • etc… Электролиты • Edwards • UNIQUAC для электролитов • ULPDHS • Амины • etc… Уравнения состояния • Soave-Redlich-Kwong (SRK) • Peng-Robinson (PR) • Predictive Peng Robinson 78 (PPR78) • Lee-Kesler-Plöcker (LKP) • Benedict-Webb-Rubin модификация Starling (BWRS) • Nakamura • PPC-SAFT (IFP) • NRTL-PR • etc… Модели коэффициентов активности • NRTL • UNIQUAC • UNIFACs (Larsen, Dortmund,…) • Wilson • etc… • Постоянно добавляются новые методыдля расширения области применения нанефть и газ, тонкую хим.технологию, и др.

18. Модели EoS/GE: Этанол - вода • Использование SRK, MHV2 и UNIFAC Larsen: доп. Данных не требуется • Хорошее предсказание даже дляизотерм выше Tc этанола (~240 °C)

19. Модели EoS/GE: Этан - толуол • Использована модель PSRK: дополнительных данных не требуется • Предсказание корректно даже для изотерм выше Tc толуола (~319 °C)

20. Модели EoS/GE: CO2 - этан • Предсказаниямоделей PPR78 (Jaubert et al.) и PSRK (Gmehling et al.) удовлетворительные

21. Что включает Simulis® Thermodynamics? Графическ.ИнтерфейсПользо-вателя БД (ве- ществ, BIP) Термодина-мические моделиs Термодинами-ческие функции Равно-весие (LV, LLV, LL,...)

22. Графический интерфейс пользователя • Выбор компонент

23. Графический интерфейс пользователя • Настройка расчетной модели • Можно скомбинировать разные методыдля расчета конкретной системы

24. Что включает Simulis® Thermodynamics? Набор сервисов Графическ. ИнтерфейсПользова-теля БД (ве-ществ, BIP) Термодинами-ческие функции Термодина-мические моделиs Равно-весие (LV, LLV, LL,...)

25. Полный набор сервисов • Интерактивные вычисления

26. Полный набор сервисов • Интерактивные вычисления • Графическое представление свойств в зависимости оттемпературы, давления и состава

27. Полный набор сервисов • Интерактивные вычисления • Графическое представление свойств в зависимостиот температуры, давления и состава • Расчет свойств нефтяных фракций

28. Полный набор сервисов • Интерактивные вычисления • Графическое представление свойств в зависимости оттемпературы, давления и состава • Расчет свойств нефтяных фракций • Методы групповых составляющих • Поддерживаются различные версии: • UNIFAC original • UNIFAC (Dortmund) modified • UNIFAC (Dortmund) LL • UNIFAC (Lyngby) modified Larsen • UNIFAC formaldehyde • PPR78 • Включен редактор параметров групповых составляющих

29. Полный набор сервисов • Быстрое добавление новой матрицы • Модификация параметров (ri, qi) выбранных групп • Добавление новых групп или подгрупп

30. Полный набор сервисов • Интерактивные вычисления • Графическое представление свойств в зависимости оттемпературы, давленияи состава • Расчет свойств нефтяных фракций • Управление различными версиями UNIFAC • Оценка свойств чистых компонент • Регрессионный анализ (подбор формулы) для свойств чистого вещества по экспериментальным данным • Пересчет единиц измерения • etc… • Все эти сервисы автоматически доступны в любой программе, в которую вложен Simulis® Thermodynamics

31. Что включает Simulis® Thermodynamics? Графическ.ИнтерфейсПользова-теля БД (ве-щества,BIP) Набор сервисов Simulis Thermodynamics Термодинами-ческие функции Термодинами-ческие модели Равно-весие (LV, LLV, LL,...) • Simulis® Thermodynamics оченьбогатпо содержанию

32. Содержание • О важности термодинамики • Что включает Simulis® Thermodynamics • Как использовать Simulis® Thermodynamics • Как дополнить Simulis® Thermodynamics • Заключительные замечания

33. Simulis® Thermodynamics можно использовать с программами ProSim Пакет программProSim • Поскольку Simulis® Thermodynamics является программным компонентом,его необходимо «вложить» в другое приложение Simulis Thermodynamics • Simulis® Thermodynamics является термодинамическим «сердцем»всего пакета программ ProSim

34. Simulis® Thermodynamics можно использовать из MS-Excel® • Simulis® Thermodynamics встраивается в MS-Excel MS-Excel Add-In Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim • Точная термодинамика становится доступнойв MS-Excel®

35. Пример использования в MS-Excel® Шаг 1: Вложить “калькулятор” в лист MS Excel 2. Выбрать пункт меню "Insert" 1. Выбрать диапазон

36. Доступ к разным БД Готовая БДсвыше 2000 компонентвключающаяБД AIChE's DIPPR®, доступ к своим БД Различные критериидля легкого поиска компонент Можно задать смеси до 200 компонент Пример использования в MS-Excel® Все свойства чистых компонентможно посмотреть и модифицировать Шаг 2: выбрать компоненты

37. Пример использования в MS-Excel® Шаг 3: выбрать термодинамическую модель Дополни-тельное уточнение модели Доступ к готовым моделям

38. Пример использования в MS-Excel® Шаг 4: вставить функцию в лист MS-Excel Выбрать нужную термодинамическую функцию

39. Пример использования в MS-Excel® Шаг 5: Задать параметры функции… ...как для любых функций Excel... … и получить результаты на Вашем листе.

40. Simulis® Thermodynamics можно использовать из MS-Excel® • Термодинами-ческие функции добавлены в Microsoft®Excel • …и используютсякак родные функции Excel… • …для выполнения инженерных вычисленийна основе точной термодинамики MS-Excel Add-In Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim

41. Simulis® Thermodynamics можно использовать из MATLAB® MATLAB Toolbox • Simulis® Thermodynamics встраивается в MATLAB® MS-Excel Add-In Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim • Точная термодинамика доступна в MATLAB®без дальнейшего программирования

42. Simulis® Thermodynamics экспортирует файлы результатов для других пакетов • MS-Excel Экспортфайлов Результаты для : • Aspen TASC (PSF file) • OLGA (PVT file) MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim

43. Simulis® Thermodynamics можно использовать в ваших программах Поставляется полный Application Programming Interface (API) • Visual Basic • C++ • Delphi • FORTRAN • C# • etc… A.P.I. Ваша программа (C++, VB, FORTRAN,…) • Simulis® Thermodynamics можно легко вложитьв любое приложение, поддерживающеетехнологию COM/DCOM MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim Экспорт файлов • Однако взаимодействие между Вашей программой и Simulis® Thermodynamics надо запрограммировать

44. DPP: Регрессионный анализ параметров модели (от Dechema) Пример разработанного интерфейса MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim Экспорт файлов A.P.I. • Simulis® Thermodynamics можно использовать из DPP

45. Simulis® Thermodynamics можно вызватьиз CAPE OPEN -совместимыхпакетов Программы с CO Thermo Socket Aspen Plus, ProII, Aspen HYSYS, HTRI, gPROMS … CAPE-OPEN "plug" MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Simulis Thermodynamics Пакет программProSim Экспорт файлов A.P.I.

46. Программы с CO Thermo Socket Aspen Plus, ProII, Aspen HYSYS, HTRI, gPROMS … Клиентское ПО Microsoft® Excel ProSimPlus, MATLAB, etc Simulis® Thermodynamics CO Property Package созданный Simulis® Thermodynamics CO thermodynamic "plug" www.colan.org Можно сгенерировать CAPE-OPEN "Property Packages" для использования с совместимыми инструментами моделирования • Успешно протестировано с • Aspen Plus • Aspen Hysys • PRO/II • gPROMS® • Xist (HTRI) • COCO COFE • Belsim VALI • INDISS • COMSOL • Реализованы Thermo 1.0и Thermo 1.1 • Термодинамику ProSim можно использовать в ПО, не содержащем хорошей собственной термодинамики • Эксперт может подготовить в Simulis® Thermodynamics модель сложной системыи передать коллегам для дальнейшего «безопасного»использования в их традиционных инструментах(Aspen Plus, ProSimPlus,…)

47. Simulis® Thermodynamics можно использовать множеством способов Программы с CO Thermo Socket Aspen Plus, ProII, Aspen HYSYS, HTRI, gPROMS … • MS-Excel MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Simulis Thermodynamics Пакет программ ProSim CAPE-OPEN "plug" Экспорт файлов A.P.I. Результаты для : Ваша программа (C++, VB, FORTRAN,…) • Aspen TASC (PSF file) • OLGA (PVT file)

48. Содержание • О важности термодинамики • Что включает Simulis® Thermodynamics • Как использовать Simulis® Thermodynamics • Как дополнить Simulis® Thermodynamics • Заключительные замечания

49. Вы можете дополнить Simulis® Thermodynamics вашими компонентами СвояБД r Cp l m s kij DH • Можно добавлять компоненты и редактировать свойства • Включены методы оценки • Инструменты регрессионного анализа данных экспериментов • Можно добавить собственные базы данных(описан формат интерфейса) Simulis Thermodynamics Импорт БД

50. Пример описания зависимости вязкости чистого компонента от температуры