© 2013 ProSim S.A. All rights reserved. Презентация ProSim Simulis Thermodynamics Семинар ЗАО АСПО Olivier Baudouin, Леонид Корельштейн 26 ноября 2014

2 Программный компонент расчета теплофизических свойств и фазового равновесия чистых веществ или смесей в MS-Excel ®, MATLAB ® или других приложениях Simulis Thermodynamics Simulis ® Thermodynamics

3 Расчет теплофизических свойств (ТФС) смесей (Транспортных, сжимаемости, термодинамических, характеристик неидеальности смеси) Термодинамические функции Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов БД (веществ, BIP) Термо- динамические модели Равновесие (LV, LLV, LL,...)

4 Рассчитываемые свойства смеси Коэффициенты активности Коэффициент сжимаемости Плотность Динамическая вязкость Энтальпия Энтальпия испарения Энтропия Эксергия (Availability) Коэффициент фугитивности Фугитивность Отношение Cp/Cv Свободная энергия Гиббса Внутренняя энергия Изобарная теплоемкость Изохорная теплоемкость Изотермическая сжимаемость Изобарная сжимаемость Изохорная сжимаемость Коэффициент Джоуля-Томсона Кинематическая вязкость Мольная плотность Мольный объем Молекулярная масса Поверхностное натяжение Скорость звука Теплопроводность Рассчитываются также производные свойств по температуре, давлению и числу молей

5 Определение фаз смеси по T, P и составу (равновесие пар-жидкость, жидкость-жидкость, пар-жидкость-жидкость) Фазовое равновесие (ФР) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов БД (веществ, BIP) Термо- динамические модели

6 Температуры и давления кипения и росы Расчет равновесия (однократного испарения) при заданных: - температуре (T) и давлении (P) - доле отгона ( ) 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 V H S U P VHST T U Равновесие Пар-Жидкость

7 Другие поддерживаемые расчеты ФР Равновесие Пар-Жидкость-Жидкость Расчет температуры кипения Расчет при заданных энтальпии и давлении Расчет при заданных температуре и давлении Расчет при заданных доле отгона и давлении Равновесие Жидкость-Жидкость Расчет при заданных температуре и давлении Равновесие Пар-Жидкость -Твердая фаза Расчет при заданных температуре и давлении Расчет при заданных энтальпии и давлении Расчет при заданных энтропии и давлении

8 БД: Свойства индивидуальных веществ & параметры бинарного взаимодействия БД (веществ, BIP) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов Термо- динамические модели

9 Свойства чистых веществ: Поставляется с самым последним публичным релизом DIPPR ® Предыдущие выпуски также поставляются Для сравнения Для совместимости с расчетами, сделанными ранее Все свойства индивидуальных веществ можно посмотреть, изменить, отобразить на графике… Свойства индивидуальных веществ можно предсказать (по молекулярной структуре) Регрессия свойств по экспериментальным данным Расчет свойств нефтяных фракций Параметры бинарного взаимодействия (BIPs): Когда требуется (NRTL, RKS…), поставляются для ряда систем Link with Data Preparation Package (Dechema) БД: Свойства индивидуальных веществ & параметры бинарного взаимодействия

10 Термодинамические модели Главная часть системы БД (веществ, BIP) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов Термо- динамические модели

11 Фазовое равновесие & термодинамические свойства (V, H, S, U, G, …) Гомогенный подход (уравнения состояния, ) Достоинства: Требуется меньше данных (Tc, Pc,, Cp *, BIPs), нет ограничений по температуре и давлению Недостатки: С классическими правилами смешения, применение для полярных компонент обычно ограничено Гетерогенный подход (модели коэффициентов активности, ) Достоинства: Учитывает неидеальность жидкой фазы Недостатки: Ограничения по температуре и давлению (вдали от критической точки), требуется больше данных Новые правила смешения для уравнений состояния(модели CEoS/G E ) Более «физичные» модели (SAFT EoS) Специальные модели Предиктивные модели

12 Подход на основе уравнения состояния

13 Подход на основе уравнения состояния

14 Ограничения уравнения состояния с правилами смешения Ван дер Ваальса

15 Гетерогенный подход ( ) Что происходит когда например Pi°(T) не определено (T > Tc)? Гетерогенный подход не способен дать ответ.

16 Использование единого уравнения состояния для всего диапазона термодинамических параметров продукта, на основе комплексных правил смешения по модели коэффициентов активности: Кубическое уравнение состояния (CEoS) Соаве – Редлих – Квонг Пенг – Робинсон … Модели коэффициентов активности (избыточная энергия Гиббса: G E ) Вильсон NRTL UNIQUAC UNIFACs … Правила смешения MHV1 MHV2 PSRK … Уравнение состояния с комплексными правилами смешения (CEoS/G E )

17 Уравнение состояния с комплексными правилами смешения (CEoS/G E )

18 Уравнение состояния с комплексными правилами смешения (CEoS/G E )

19 Модели коэффициентов активности (модели избыточной энергии Гиббса) Требующие параметров бинарных взаимодействий (BIPs): Маргулес Регулярные растворы (Скэтчард-Гильденбранд) Вильсон Вильсон (Dechema) Модель NRTL Расширенная модель NRTL Модель UNIQUAC

20 Предиктивные модели: Оригинальная UNIFAC UNIFAC модифицированная Дортмунд UNIFAC модифицированная Лингби (UNIFAC Larsen) UNIFAC PSRK UNIFAC Свободного объема (UNIFAC FV) NRTL-SAC NRTL-PR Модели коэффициентов активности (модели избыточной энергии Гиббса)

21 Кубические уравнения состояния Требующие параметров бинарных взаимодействий BIP: Редлих-Квонг (RK) Соаве-Редлих-Квонг (SRK) Соаве-Редлих-Квонг с модификациями Бостона и Матиаса (SRK BM) Соаве-Редлих-Квонг модифицированное Кабади и Даннером (SRK KD85) Соаве-Редлих-Квонг мод. Кабади-Даннером с попр. Тву и Блака (SRK KD88) Соаве-Редлих-Квонг модифицированное Тву (SRK Twu) Пенг-Робинсон (PR) Пенг-Робинсон с модификациями Бостона и Матиаса (PR BM) Пенг-Робинсон 78 (PR78) Пенг-Робинсон 78 с модификациями Бостона и Матиаса (PR78 BM) Сорейде-Уитсон

22 Кубические уравнения состояния Предиктивные модели: CEoS с правилами смешения Ван дер Ваальса: Предиктивное Пенга-Робинсона (PPR78) CEoS с комплексными правилами смешения: NRTL-PR MHV2 PSRK VTPR

23 Уравнение состояния: Пенг-робинсон 78 Правила смешения: Параметр притяжения: Эффективный молекулярный объем: Метод групповых вкладов для расчета параметров бинарных взаимодействий для уравнения состояния PR78 Кубические уравнения состояния: Предиктивное Пенга-Робинсона 78 (PPR78)

24 Jaubert et al., FPE (2004) Jaubert et al., FPE (2005) Jaubert et al., FPE (2006) Privat et al., IECRes (2008) Vitu et al., J. of Supercritical Fluids (2008) Privat et al., J. Chem. Thermodynamics (2008) Qian, phD Thesis (2011) Алканы, Алкены, Циклические и ароматические углеводороды, Нафтены, Тиоспирты, Неорганические газы (CO 2, N 2, H 2 S, H 2 ), Вода Кубические уравнения состояния: Предиктивное Пенга-Робинсона 78 (PPR78)

25 Уравнение состояния: Пенг-Робинсон 78 Правила смешения: Параметр притяжения: Эффективный молекулярный объем : Модель избыточной энергии Гиббса: типа NRTL, предиктивный метод групповых вкладов Neau et al. Polish J. Chem (2006) Escandell J., PhD thesis (2008) Neau et al., Ind. Eng. Chem. Res. (2010) Кубические уравнения состояния: NRTL-PR

26 Кубические уравнения состояния: NRTL-PR Асимметричные смеси: Углеводороды с водой и этиленгликолем (ингибитором гидратообразования)

27 Кубические уравнения состояния: Комплексные правила смешения (CEoS/G E ) MHV1 MHV2 PSRK NRTL-PR VTPR Вонг-Сэндлер Могут использоваться для комбинирования любого кубического уравнения состояния с любой моделью избыточной энергии Гиббса

28 Требующие параметров бинарных взаимодействий: Ли-Кеслера (LK) Ли-Кеслера-Плюкера (LKP) Бенедикта–Вебба-Рубина с модификациями Старлига-Нишиуми (BWRS) Накамуры Статистической теории возмущений в полярных цепочках (PPC-SAFT) Предиктивная модель: Модель группового вклада статистической теории возмущений в полярных цепочках (GC PPC-SAFT) Не кубические уравнения состояния

29 Статистическая теория возмущений в полярных цепочках (Chapman et al. 1990) polar a /k /k 2 1 m 3 chain a m assoc a disp a hs a NkT AA Отталкивание Притяжение Ассоциация Твердая цепочка Полярность Не кубические уравнения состояния PPC-SAFT (Polar Perturbed Chained-SAFT)

30 Параметры индивидуального компонента Энергия взаимодействия Диаметр сегмента Число сегментов Энергия ассоциации Объем ассоциации Дипольные или квадрупольные моменты или доли Полярность Сегментов в цепочке Не кубические уравнения состояния PPC-SAFT Ассоциация

31 Парожидкостное равновесие Водород – Толуол Не кубические уравнения состояния PPC-SAFT

32 VLLE метанол – н-гептан (атмосферное давление) Не кубические уравнения состояния PPC-SAFT

33 Специальные системы Карбоновые кислоты (собственная разработка) Углеводороды с легкими компонентами (Чао-Сидер, Грейсон-Стрид) Формальдегид – метанол – вода (Маурер) Смеси с HF (модель Андерко с модификациями Ли-Кима и Виско-Кофке) Чистая вода (таблицы для пара NBS/NRC) Изотопы водорода (Соуэрс) Водно-углеродные смеси (API 9A1-4) Модель растворимости продувочных газов в криогенных топливах (Циммерли)

34 Электролиты Водные растворы электролитов: Модель кислой воды Эдвардса (метод Питцера с модификациями Эдвардса и Маурера) Электролитическая модель UNIQUAC для кислой воды Модель ULPDHS (Unifac Ларсен с сольвацией и составляющей Питцера- Дебая-Хюккеля для электролитов) Водные растворы сильных кислот (Энгельс) Электролитическая модель UNIQUAC для смесей сольвентов Модель для аминов и кислотных газов (Дешмукх-Мазер)

35 Термодинамические модели Главная часть системы БД (веществ, BIP) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов Термо- динамические модели

36 Графический интерфейс пользователя БД (веществ, BIP) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов Термо- динамические модели Настройка правильной модели Выбор компонентов (из БД, внесение изменений, сравнение…)

37 Сервис интерактивных расчетов Управление единицами измерения, и т.д. Simulis ® Thermodynamics – Сервисы БД (веществ, BIP) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термо- динамические функции Графическ. Интерфейс Пользо- вателя Набор сервисов Термо- динамические модели

38 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

39 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Сервис расчетов Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

40 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Сервис расчетов Графики свойств по температуре, давлению или составу Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

41 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Сервис расчетов Графики свойств по давлению, температуре или составу Генерация и экспорт таблиц ТФС (PSF файлы для HTFS, PVT файлы для OLGA…) Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

42 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Сервис расчетов Графики свойств по давлению, температуре или составу Генерация и экспорт таблиц ТФС (PSF файлы для HTFS, PVT файлы для OLGA…) Расчет свойств нефтяных фракций Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

43 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Сервис расчетов Графики свойств по давлению, температуре или составу Генерация и экспорт таблиц ТФС (PSF файлы для HTFS, PVT файлы для OLGA…) Расчет свойств нефтяных фракций Управление предиктивными моделями на основе групповых вкладов Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

44 Регрессия свойств чистых компонент по данным экспериментов Сервис расчетов Графики свойств по давлению, температуре или составу Генерация и экспорт таблиц ТФС (PSF файлы для HTFS, PVT файлы для OLGA…) Расчет свойств нефтяных фракций Управление предиктивными моделями на основе групповых вкладов Оценка свойств чистых компонент Управление единицами измерения … Обеспечивает пользователя всеми инструментами, нужными для термодинамических расчетов Simulis ® Thermodynamics – Сервисы

45 Simulis Thermodynamics Набор сервисов Графический интерфейс пользо- вателя БД (BIP, Вещества) Равновесие (LV, LLV, LL,...) Термодина- мические функции Термодина- мические модели Simulis ® Thermodynamics И Simulis Thermodynamics можно дополнить!

46 Можно пополнить БД индивидуальных веществ своими компонентами (формат интерфейса описан) Новые компоненты Simulis Thermodynamics H Cp k ij Своя БД веществ Импорт БД

47 Другие коммерческие термодинамические пакеты можно использовать внутри Simulis Thermodynamics (без всякого программирования) CAPE-OPEN Simulis Thermodynamics CAPE-OPEN "socket" Внешнее ПО генерирующее пакет CO (Aspen Properties, Multiflash, PPDS,…) Импорт БД

48 Успешно протестировано с Multiflash (Infochem) PPDS (TUV-NEL) Aspen Properties (AspenTech) COM Thermo (AspenTech) IVCSEPThermoSystem (IVC-SEP) COCO TEA (AmsterCHEM), И др… Возможность использовать внешние термодинамические модели (CAPE-OPEN "Property Package") Если требуется, дополнительный коммерческий термодинамический пакет может использоваться с любым приложением, обращающимся к Simulis ® Thermodynamics ПО клиента MS-Excel ProSimPlus, MATLAB, etc Simulis ® Thermodynamics Внешний Пакет ТФС CAPE-OPEN Внешнее ПО генерирующее пакет CO (Aspen Properties, Multiflash, PPDS,…) Реализованы стандарты Thermo 1.0 and Thermo 1.1 CAPE-OPEN Thermodynamic socket

49 Можно добавить специализированные существующие библиотеки Ваши библиотеки (C++, VB, FORTRAN,…) Существующие библиотеки Интерфейс должен быть разработан командой ProSim Хороший вариант, когда у Вас есть большая разработка и нет желания самому заниматься ее интеграцией в Simulis Thermodynamics REFPROP Standard Reference Database 23 Уравнение состояния Бендера (своя разработка) Собственная разработка термодинамической модели очистки от кислотных газов (гибридный растворитель) Simulis Thermodynamics Спец. библиотеки Импорт БД CAPE-OPEN "socket"

50 «Режим эксперта" Ваша модель (C++, VB, FORTRAN,…) Можно разработать свою собственную термодин. модель Простая и стандартизированная среда разработки Все возможности Simulis Thermodynamics (свойства чистых веществ, управление единицами измерения…) Две возможности: VBScript Внешяя DLL Simulis Thermodynamics CAPE-OPEN "socket" Спец. библиотеки «Режим эксперта" VBScript или DLL Импорт БД

51 Справка по синтаксису параметров функции (имя, тип, единицы) Код напрямую вводится в Simulis ® Thermodynamics Шаблон Множество доступных функций Модели на VBScript : Очень просто

52 Модели на VBScript– Пример нового правила смешения для вязкости жидкости Temperature (°C) Viscosity (cp)

53 Справка по синтаксису параметров функции (имя, тип) Поддержка параметров пользователя Многие функции уже доступны Внешняя DLL подключена (C++, Fortran,…) Запуск на тестирование Для более сложных разработок: модели на DLL

54 Внешнее ПО способное создавать пакеты CO packages (Aspen Properties, Multiflash, PPDS,…) Ваши библиотеки (C++, VB, FORTRAN,…) Simulis Thermodynamics может вобрать в себя Ваши знания H Cp k ij Своя БД веществ Ваши модели (C++, VB, FORTRAN,…) Simulis Thermodynamics CAPE-OPEN "socket" Спец. библиотеки «Режим эксперта" VBScript или DLL Импорт БД

55 Поскольку Simulis ® Thermodynamics является программным компонентом, его необходимо «вложить» в другое приложение Используется в комплексе программ ProSim Simulis ® Thermodynamics – это термодинамическое «сердце» всего комплекса программ ProSim ПО ProSim Simulis Thermodynamics

56 Термодинамические функции добавлены в Microsoft ® Excel …и могут использоваться в таблицах как родные… …для выполнения сложных расчетов (с точной термодинамикой)… … или для подбора параметров бинарных взаимодействий Может быть использован в Excel ® ПО ProSim MS-Excel Add-In Simulis Thermodynamics

57 Rigorous thermodynamics становится доступной в MATLAB ® без какого-либо программирования Может быть использован в MATLAB ® ПО ProSim MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Simulis ® Thermodynamics доступен как панель инструментов в MATLAB ® Simulis Thermodynamics

58 Файлы с результатами расчетов можно экспортировать в другие программы ПО ProSim MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Aspen TASC (файл PSF ) OLGA (Файл PVT ) Вывод таблиц результатов в: MS-Excel Экспорт файлов Simulis Thermodynamics

59 Может быть использован в Вашем собственном ПО ProSim Software Suite MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox Visual Basic C++ Delphi FORTRAN C# etc… Simulis ® Thermodynamics легко может быть вложен в любое приложение, поддерживающее технологию COM/DCOM Однако, интерфейс между Вашим ПО и Simulis ® Thermodynamics Вам придется запрограммировать Доступен полный программный интерфейс -Application Programming Interface (API) Ваше ПО (C++, VB, FORTRAN,…) A.P.I. Export files Simulis Thermodynamics

60 Может быть использован с CO совместимыми пакетами ПО ProSim MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox A.P.I. Экспорт файлов CAPE-OPEN "plug" Инструменты моделирования с поддержкой CO Thermo Socket Aspen Plus, ProII, Aspen HYSYS, HTRI, gPROMS … Simulis Thermodynamics

61 ПО ProSim MS-Excel Add-In MATLAB Toolbox CAPE- OPEN "plug" A.P.I. Экспорт файлов Ваше ПО (C++, VB, FORTRAN,…) Таблицы результатов для: Aspen TASC (файл PSF) MS-Excel OLGA (файл PVT) Simulis Thermodynamics может быть использован множеством способов Инструменты моделирования с поддержкой CO Thermo Socket Aspen Plus, ProII, Aspen HYSYS, HTRI, gPROMS … Точность термодинами- ческих расчетов автоматически обеспечена в любом ПО Simulis Thermodynamics

62 Ваша модель (C++, VB, FORTRAN,…) Пример интересной комбинации Разработанная Вами термодинамическая модель сразу доступна в Excel MS-Excel Add-In Simulis Thermodynamics «Режим эксперта" VBScript или DLL

63 Ваша модель (C++, VB, FORTRAN,…) Пример интересной комбинации Инструменты моделирования с поддержкой CO Thermo Socket Aspen Plus, ProII, Aspen HYSYS, HTRI, gPROMS … CAPE- OPEN "plug" Вам не надо полагаться на разработчиков ПО для поддержки интеграции с Вашей моделью Разработанная Вами термодинамическая модель становится CAPE-OPEN «совместимой»: Доступной для другого ПО Знания технологии CAPE-OPEN не требуется Сокращается время разработки Simulis Thermodynamics «Режим эксперта" VBScript или DLL

64 Пример интересной комбинации REFPROP готов к использованию в Вашем ПО REFPROP Standard Reference Database 23 A.P.I. Ваше ПО (C++, VB, FORTRAN,…) Simulis Thermodynamics Specific libraries

65 Русская версия Новые термодинамические модели Новый графический интерфейс пользователя Версия, полностью совместимая с 32-х & 64-х битной ОС Эксклюзивная информация о новых версиях

Русская версия, Графический интерфейс пользователя (уже доступен) Основная документация: Инструкции по началу работы Термодинамические модели ТФС чистых веществ Оценка свойств чистых компонент Генерация псевдокомпонент (в работе) Для удобного и эффективного использования Simulis Thermodynamics… …спасибо НТП Трубопровод! Версия 2.0

Новые термодинамические модели Новые зависящие от температуры параметры бинарного взаимодействия (ProSim) для NRTL и UNIQUAC Кубическое уравнение состояния со смещением объема (VTPR) Метод групповых вкладов для модели PPC-SAFT (GC-PPC-SAFT, в сотрудничестве IFPEN) Кубические уравнения состояния : SRK-Twu ( -функция и правила смешения для полярных и неполярных компонентов) Сорейде-Уитсона (взаимная растворимость морской воды и углеводородов) Ассоциативные модели для HF (Ли-Кима и Виско-Кофке) Предиктивное уравнение состояния VTPR Версия 2.0

Новый графический интерфейс пользователя Всегда более интуитивный и мощный Более выразительный, при этом сохраняющий все привычки пользователей Новые возможности для ускорения работы: Автоматическая генерация декомпозиции по UNIFAC Сервис предсказания свойств чистых веществ Версия 2.0

69 Легкий доступ к различным категориям данных … Ясный показ доступных возможностей … и соответст- вующим возможным действиям Версия 2.0

70 …но сохраняющий все привычные для пользователя возможности Более «нарядный» … Версия 2.0

71 Сосредоточенный на экономии времени пользователя… Автоматическая генерация декомпозиции по UNIFAC из SMILE Версия 2.0

72 Пример смеси, характерной для нефтегазовой отрасли, 12 компонент N 2, CO 2, CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, C 4 H 10, C 5 H 12, C 6 H 14, C 7 H 16, C 8 H 18, C 10 H 20, C 14 H параметров бинарного взаимодействия 2 x CH3 1 x CH2 1 x CHNO2 Идея : разложить молекулы на группы и определить параметры взаимодействия между группами Пример : Требуются только 6 параметров взаимодействия между группами Версия 2.0

73 Поддержка нескольких версий: UNIFAC оригинальная UNIFAC (Дортмунд) модифицированная UNIFAC (Лингби) модификация Ларсена UNIFAC для формальдегидов PPR78 NRTL-PR GC-PPC-SAFT Поставляется редактор групповых моделей Автоматическая декомпозиция молекул (также используется с предиктивными методами для свойств чистых веществ) Версия 2.0

74 Сосредоточенный на экономии времени пользователя… Предсказание множества температурно- зависимых свойств Версия 2.0

полная совместимость с 32-х & 64-х битными Windows Управление 32-х & 64-х битными версиями будет прозрачным для пользователя С ProSim, Вы всегда извлечете максимум выгоды из существующих технологий Версия 2.0

76 ProSim SA 51, rue Ampère Immeuble Stratège A F Labège Cedex France Phone: +33 (0) Fax: +33 (0) ProSim, Inc. Science Center 3711 Market street, 8th floor Philadelphia, PA U.S.A. Phone: Fax: ProSim Программные решения для моделирования и оптимизации Технологических процессов Спасибо за внимание! … вопросы? Авторизованный дистрибьютор НТП Трубопровод Ул. Плеханова, Москва Россия Тел: Факс: