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

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

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

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

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

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

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

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

8 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) 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 Использование моделирования технологических процессов в проекте

9 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) 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 Использование моделирования технологич. процессов при эксплуатации

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

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

12 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Программная архитектура Модели оборудования Хим. реакции Численные методы Simulis Thermodynamics

13 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Теплофизические свойства Simulis Thermodynamics 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,…) Термодинамика – основа достоверных результатов Точный расчет равновесия Полный набор сервисов Интерактивные вычисления Графический показ рез-тов Нефтяные фракции Оценка свойств чистых компонент Регрессионный анализ данных Преобразование размерностей Фазовые диаграммы, etc… Расширенные БД Свыше 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

14 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Химические реакции Мгновенные Равновесные С управляемой кинетикой Сложные Реакторы PFR Реакторы STR Дистилляционные колонны … Хим. реакции Simulis Thermodynamics

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

16 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Набор реакций #1 Набор реакций #2 Параметры реакции применяются для одного или нескольких единиц оборудования Для разных частей процесса можно описать разные наборы реакций Химические реакции: просто использовать для всей диаграммы процесса

17 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Библиотека оборудования… Полный набор стандартных моделей оборудования Открытая система, легко пополняемая специальными пользовательскими моделями Модели оборудования Хим. реакции Simulis Thermodynamics

18 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) 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) …включая классические модели…

19 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) 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 …а также более специальные…

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

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

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

23 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) «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)

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

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

26 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Пример: теплообменник HTRI в ProSimPlus 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

27 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Пример: теплообменники HTRI в ProSimPlus

28 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) В ProSimPlus реализован Unit Operation "Socket" Внешнее CAPE-OPEN совместим. оборудов. (HTRI, ChemSep, etc…) ProSimPlus Simulis ® 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 Среда моделирования, совместимая с CAPE-OPEN

29 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Не требуется программирование интерфейса Можно продолжать использовать любимый термодинамический пакет или модели оборудования в ProSimPlus без дополнительного программирования 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) Открытая система, сохраняет предыдущие инвестиции Среда моделирования, совместимая с CAPE-OPEN

30 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Численные методы Модели оборудования Хим. реакции Численные методы Simulis Thermodynamics Надежные результаты без траты времени на проверки сходимости

31 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) 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 Мощные методы обеспечения сходимости

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

33 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Питание: T=40 °C P=75 атм Расход=100 Kмольl/час Состав (мольных %): Азот Метан Этан Пропан Бутан Пентан Гексан Гептан Октан E2 V2 V1 Насос 15 °C атм 25 атм -60 °C 75 атм Достижение заданной производительности Простейшее описание: сходно с контурами управления Расход CH 4 = 400 кг/час Описание проектных требований

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

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

36 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Определение рабочих условий процесса, минимизирующих целевую функцию 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 Возможности оптимизации

37 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Программа очень легка для освоения Сконцентрирована на нуждах пользователя Интуитивно ясная при использовании Легкая в обучении Модели оборудования Хим. реакции Численные методы Simulis Thermodynamics

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

39 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) 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! Многочисленные прочие возможности

40 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) Ключевые преимущества ProSimPlus Открытость Численная эффективность Простота работы с системой Модели оборудования Хим. реакции Численные методы Simulis Thermodynamics

41 Семинар ProSim / NTP Truboprovod (Москва) – 28 октября 2011 Презентация ProSimPlus - Stéphane Déchelotte (ProSim) ProSim Программные решения для моделирования и оптимизации технологических процессов Web: ProSim SA Stratège Bâtiment A BP 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: Свяжитесь с нами!