CC BY
717
УДК 519.673:620.9.97 Т. Н.Гартман, Ф.С. Советин
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия.
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПАКЕТОВ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Выполнен аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем. Их сравнение показало незначительное отличие - набор расчетных модулей практически одинаковый. Выбрана моделирующая программа CHEMCAD как наиболее удобная для расчетнотехнологического проектирования, так как позволяет наиболее эффективно решить задачи компьютерного моделирования и оптимизации химико-технологических систем.
The state-of-art review of modern simulators for computer modeling of process sistems is executed. Their comparison showed insignificant difference - a set of modules almost identical. The simulator CHEMCAD as the most convenient for settlement & technological design as allows to solve most effectively problems of computer modeling & optimization of technological lines is selected.
Развитие теории компьютерного моделирования химикотехнологических систем (ХТС) открывает новые возможности решения задачи построения компьютерных моделей химических производств. К настоящему времени созданы обширные комплексы программ для компьютерного моделирования ХТС, так называемые пакеты моделирующих программ (ПМП), или симуляторы химических производств, представляющие собой программы для инженерных расчетов различных химико-технологических процессов (ХТП). Они объединяют базы данных химических компонентов и расширенных методов расчета термодинамических свойств с гибкими методами расчета аппаратов. ПМП обладают хорошими вычислительными средствами для выполнения расчётов всех материальных и тепловых балансов, необходимых для моделирования большинства статических и некоторых динамических процессов. Экспертные системы и расширенная обработка входных данных, а также проверка ошибок обеспечивают его высокую эффективность и надежность. Данные ПМП предназначены для выполнения поверочно-оценочных и проектных расчетов различных аппаратов, а также сложных многостадийных ХТС с большим числом единиц оборудования и рециклических потоков [1].
Проектирование современных ХТС переработки природного углеводородного сырья и оптимальная эксплуатация действующих производств невозможна без применения ПМП, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов. Такие модельные исследования имеют огромное значение не только для проектирования, но для улучшения функционирования существующих производств, так как позволяют учесть влияние внешних факторов (изменение состава сырья, изменение требований к конечным и промежуточным продуктам и т.д.) на показатели работы действующих производств. В настоящее время инженерам-технологам доступно большое число программных
средств моделирования химико-технологических процессов. На отечественном рынке наиболее доступны разработаннные иностранными фирмами ПМП: CHEMCAD, Aspen, PRO II, а также Hysys [2]. Существуют также много других ПМП (отечественных и зарубежных), которые в настоящее время практически не используются. Их обзор приведён в [3].
В основу всех средств компьютерного моделирования заложены общие принципы расчетов материальных и тепловых балансов химических производств. Любая компьютерная система моделирования включает, в основном, набор следующих основных подсистем, обеспечивающих решение задачи моделирования ХТП[1-2,4]:
• Набор термодинамических данных по чистым компонентам (база данных) и средства, позволяющие выбирать определенные компоненты для описания качественного состава рабочих смесей
• Средства представления свойств природных углеводородных смесей, главным образом - нефтей и газоконденсатов, в виде, приемлемом для описания качественного состава рабочих смесей, по данным лабораторного анализа
• Различные методы расчета термодинамических свойств, таких как коэффициента фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотности, растворимости газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивности паров.
• Набор моделей для расчета процессов в отдельных единицах оборудования ХТС
• Средства для формирования ХТС из отдельных элементов.
• Средства для расчета сложных ХТС, состоящих из множества подсистем(большого числа элементов), определенным образом соединенных между собой. Сравнение возможностей ПМП приведено в табл. 1.
Современные средства компьютерного моделирования, которые могут быть использованы для разработки, анализа и проектирования новых производств и для анализа работы существующих, весьма многообразны. Они позволяют автоматизировать практически все стадии инженерного труда и свести к минимуму затраты рабочего времени, трудовых ресурсов и денежных средств. При этом поставленная задача решается оптимально, с учетом накопленного опыта и данных. Совершенно очевидно, что конкурентное развитие техники и технологии невозможно без широкомасштабного использования таких средств моделирования как в проектных и исследовательских организациях, так и на производстве.
Для разработки процедур и алгоритмов компьютерного моделирования сложных крупнотоннажных химических производств непрерывного действия целесообразно выбрать комплекс программ CHEMCAD, т.к. он обладает следующими свойствами:
• простота применения;
• требуемое количество программных модулей;
• полнота описания физико-химической сущности процессов;
• надёжная сходимость алгоритмов вычислений.
Работы [5-7] посвящены применению моделирующей программы CHEMCAD для разработки компьютерных моделей следующих ХТС:
• производства синтетического жидкого топлива из природного газа (5 отделений, 214 модулей аппаратов, 361 поток, в том числе 6 внешних рециклических потоков);
• производства метанола из природного газа (4 отделения, 132 модуля аппарата, 234 потока, в том числе 6 внешних рециклических потоков);
• совместного производства синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа (7 отделений, 255 модулей аппаратов, 441 поток, в том числе 12 внешних рециклических потоков).
Табл. 1 Сравнение возможностей современных ПМП
РАСЧЕТНЫЕ МОДУЛИ CHEMCAD ASPEN PRO HYSYS
Строгий расчет ректификации и абсорбции с равновесными ступенями разделения + + + +
Строгий расчет ректификации и абсорбции с учетом массопередачи + +
Строгий расчет ректификации и абсорбции с химическими реакциями + + + +
Упрощенный расчет ректификации Short-Cut + + +
Ректификация с расслаиванием жидкости + + + +
Жидкостная экстракция + + + +
Реактор стехиометрический + + + +
Реактор кинетический - с мешалкой и трубчатый + + + +
Реактор равновесный + + + +
Реактор Гиббса + + + +
Смеситель, Разделитель потоков, Сепаратор компонентов + + + +
Насосы, Компрессоры, Экспандеры, Клапаны + + + +
Теплообменники с тепловыми кривыми + + + +
Многоходовые теплообменники LNG с анализом зон теплопередачи + + + +
Двухфазный равновесный испаритель + + + +
Трехфазный равновесный испаритель + + + +
Кристаллизатор + + + +
Циклон + + - +
Рукавный фильтр + + - -
Г идроциклон + + - -
Фильтрующая центрифуга + + + -
Выводы:
1. Проведён аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химических производств.
2. Сравнение современных пакетов моделирующих программ, доступных на отечественном рынке, показало их незначительное отличие, набор модулей практически одинаковый.
3. Установлено, что наиболее удобной для расчётнотехнологического проектирования химических производств является моделирующая программа СИЕМСЛБ.
Библиографические ссылки:
1. Литовка Ю. В. Получение оптимальных проектных решений и их анализ с использованием математических моделей. Тамбов. ТГТУ. 2006. 98 с.
2. Гартман Т. Н, Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2008. 415 с.
3. Островский Г. М., Волин Ю. М. Три этапа компьютерного моделирования химико-технологических систем // Теоретические основы химической технологии. Т. 40, № 3. 2006 г. с. 302-312.
4. Вержичинская С. В., Дигуров Н. Г. Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа. М. 2009. 400 с.
5. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К. Разработка компьютерной модели многостадийного производства метанола из природного газа. // Химическая промышленность сегодня № 3. 2012. Стр. 45-53.
6. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химикотехнологических систем. М.: Химия, 1991. 432 С.
7. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К., Сеннер С. А. Синтез интегрированной химико-технологической системы получения синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа с применением проблемноориентированного комплекса программ СНЕМСАБ// Химическая техника. №9.2011 г. С. 41-44.
УДК 519.673:620.9.97 М.И. Третьяков
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, г. Москва, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЗЛА ГАЗИФИКАЦИИ ШИРОКОЙ ФРАКЦИИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ.
Разработана компьютерная модель узла газификации широкой фракции легких углеводородов. Определены оптимальные параметры функционирования предложенной технологической схемы. Оценена возможность повышения производительности установки.
The computer model for process system of gasification of light hydrocarbons wide fraction is developed. Optimum parameters of the offered process system functioning are defined. Possibility of productivity increase for the technological line is estimated.
С развитием химической промышленности, энергетики, транспорта особое значение приобрели добыча и переработка нефти и газа с целью получения многих веществ, необходимых в народном хозяйстве [1]. Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), наряду с прямогонным бензином
