Создание и исследование модели технологической схемы совместно с системами автоматического управления на примере схемы получения метилциклогексана.

Для решения этой задачи необходимо создать схему получения метилциклогексана в программном комплексе Аспен Плюс, промоделировать схему в стационарном режиме, а затем выполнить моделирование схемы в динамическом режиме. При моделировании схемы в динамическом режиме необходимо дополнить модель схемы необходимыми данными для моделирования процесса в динамическом режиме, а именно, размерами тарелок, габаритами конденсатора. кипятильника и сборников, для того, чтобы иметь возможность наблюдать поведение отдельных аппаратов и схемы в целом при действии различных возмущений.

Для создания задачи моделирования стационарного режима работы необходимо выполнить следующие действия

1.Открываем Aspen Plus,появляется диалоговое окно:

ставим флажок Template.

2. В меню Simulations выбираем General with English Unit, в меню Run Type выбираем Flowsheet.

3. Нажимаем OK.

4. В поле рисунка (Process Flowsheet Window) создаем схему.

5. В меню библиотек (Model Library) выбираем вкладку Columns далее RadFrac

6. Нажимаем стрелку справа от столбца RadFrac, появляется окно модификаций.

7. Выбираем FRACT1 и перетаскиваем его (нажмите и удерживайте)
в поле технологической схемы (создается блок В1).

8. Далее перейдем в меню потоков и выберем материальные потоки (Material Streams) :

9. Появляются порты (стрелки) на блоке В1, которые совместимы с потоком.

10. Подводим курсор к нужной стрелке и нажимаем на нее, далее нажимаем в свободной области технологической схемы, появляется поток 1.

11. Создаем другой материальный поток (поток 2) соединяющийся с блоком B1 в том же самом порту, что и поток 1, повторяя п 8-10.

12. Аналогично создаем потоки 3 и 4

Добавление Данных к Модели Процесса

1. Нажимаем кнопку «далее». Появляется диалоговое окно Flowsheet Complete

2. Нажимаем OK, чтобы показать первую необходимую вкладку.

Setup\Specifications\Global:

А также заполняем вкладку Accounting (информация о создателе проекта)

3. В поле Title, вводим текст Methylcyclohexane Recovery и нажимаем Enter

4. Перемещаемся далее Setup \Report Options \ General, щелкая по соответствующей вкладке, мы можем настраивать создание отчетов для определенных частей моделирования.

5. Нажимаем на вкладку Stream.

6. Устанавливаем флажки как показано на рисунке:

Теперь Aspen Plus будет рассчитать и представить мольные доли всех компонентов
потоков.

7. Нажимаем на кнопку Property Sets.

8. Выбираем TXPORT и перемещаем стрелочкой в Selected property sets

9. Нажимаем Close.

10. Нажимаем кнопку «далее» и переходим Components \ Specifications \ Selection, производится ввод компонентов.

1. В поле Component ID вводим TOLUENE, и нажимаем Enter(остальные поля заполняются автоматически).

2. В следующем поле Component ID вводим PHENOL, и нажимаем Enter(остальные поля заполняются автоматически).

3. В следующем поле Component ID, вводим MCH и нажимаем Enter (т.к. Aspen Plus не распознает сокращение MCH поэтому остальные поля не заполнены).

4. В строке компонент MCH, вводим METHYLCYC и нажимаем Enter. Появляется диалоговое окно со списком всех компонентов в Aspen Plus данных, которые имеют имя, содержащее METHYLCYC:

5. В списке, находим и выбираем Methylcyclohexane.

6. Нажимаем кнопку Add.

7. Нажимаем кнопку close.

8. Нажимаем кнопку «далее» и переходим Properties \ Specifications \ Global

Выбор термодинамических методов

1. В списке Base method, используя вертикальную полосу прокрутки и, выбираем
UNIFAC.

2. Нажимаем кнопку «далее», появляется диалоговое окно Required Properties Input Complete

3. Нажимаем OK.

Переходим в меню Streams \ 1 \ Input \ Specifications

1. Вводим следующие переменные состояния для потока MCH-Toluene:

температура 220 F

давление 20 psi

Toluene 200 lbmol/hr

MCH 200 lbmol/hr

2. Нажимаем кнопку «далее».

Streams \ 2 \ Input \ Specifications Вводим следующие параметры:

температура 220 F

давление 20 psi

Phenol 1515,08 lbmol/hr

3.Нажимаем кнопку «далее».

Blocks \ B1 \ Setup \ Configuration:

4.Enter the following specifications for the column:

В полеNumber of stages устанавливаем значение 22

В полеCondenser устанавливаем Total

В полеDistillate rate устанавливаем значение 200 lbmol/hr

В полеReflux ratio устанавливаем значение 8

5. Нажимаем кнопку «далее» или переходим на вкладку потоков.

Blocks \ B1 \ Setup \ Streams
В модели RadFrac, есть N тарелок. Тарелка 1 является верхней стадией (Конденсатор); тарелка N является нижней ступеней (испаритель). Как показано на рисунке 3.1, MCH-толуол - тарелка 14, и фенол - тарелка 7.

6. Вводим 14 в поле stage для потока 1.

7. Вводим 7 в поле stage для потока 2.

8. Нажимаем кнопку «далее».

Blocks \ B1 \ Setup \ Pressure

9. В поле View выбираем Pressure profile.

10. В поле Stage вводим 1, затем нажимаем Tab.

11. В поле Pressure вводим значение 16 и затем нажимаем Tab.

12. Далее в Stage вводим 22, затем нажимаем Tab.

13. В поле Pressure вводим значение 20.2

14. Нажимаем кнопку «далее».

Запуск симуляции

1. В появившемся диалоговом окне Required Input Complete нажимаем OK.
Панели управления и запуск моделирования начинается:

Проверка результатов моделирования

1. Перейдем в окно технологической схемы.

2. В технологической схеме, выбираем блок В1, щелкаем правой кнопкой мыши для отображения контекстного меню.

3. В контекстном меню выбираем Results.

Block B1 Results Summary:

Результаты представлены по трем формам: Results Summary, Profiles, и Stream Results.

4. Выбираем Blocks \ B1 \ Profiles щелкнув один раз на любой профиль или его галочкой, появляется лист Block B1 Profiles TPFQ - отчетность по температуре, давлению, теплу:

5. Здесь можно просмотреть результаты, поменять единицы измерения.

Динамика

Если на панели инструментов нет кнопки Dynamic Toolbar как показано на рисунке:

то выполните следующие шаги, чтобы добавить панель инструментов:
убедитесь, что окно схемы активно, заходим в меню View → Toolbar в диалоговом окне выбираем Dynamic:

Нажимаем кнопку ОК. Динамическая панель инструментов добавляется к панели инструментов.

-Нажимаем , после этого мы получаем доступ к вводу динамических данных. Нажимаем кнопку "Далее" и появляется диалоговое окно

- Нажимаем, кнопку ОК
Браузер данных начинается с блока B1 (RADFRAC) вкладка Reflux Drum

1. В поле Vessel type, выберите из списка Horizontal.

2. В поле Length устанавливаем значение 6 футов и в поле Diameter - 3 фута

3. Нажимаем кнопку далее.

4. Переходим на вкладку Condenser

5. В окне вариант передачи тепла, в ниспадающем окне выбираем из списка LMTD.

6. Нажимаем далее, переходим на следующую вкладку грязевик листа появляется.

7. В поле Length устанавливаем значение 5 футов и в поле Diameter - 3 фута. Не изменяйте другие значения.

8. Нажимаем клавишу Enter, чтобы принять ввод.

9. Нажимаем Далее, чтобы перейти на вкладку Hydraulics

10. В Stage1 установим значение 2, в Stage2 - 21.

11. В столбце Diameter, удалить 6,56168 и установить значение 5.

12. Нажимаем клавишу Enter, чтобы принять вход, оставив остальные значения по умолчанию.

13. Нажимаем далее, чтобы продолжить. Появляется диалоговое окно:

14. Нажимаем кнопку ОК.
Aspen Plus отображает панель управления, где вы можете просмотреть сообщения о моделировании во время запуска.

15. Подождите, пока моделирование завершиться.

16. Нажмите кнопку «Закрыть», чтобы закрыть окно «Панель управления».

Сохранение и экспорт файла:

1. В меню File выбираем команду Export

2. Выбираем формат файлов (*. dynf).

3. В поле «Имя файла» вводим mchspec-1

4. В меню File выберите команду «Сохранить как».

5. В поле «Сохранить как», выберите формат файлов (*. BKP).

6. В поле «Имя файла» введите mchspec-1 нажмите кнопку «Сохранить».
Появится диалоговое окно, запрашивающее, если вы хотите сохранить файл в
Aspen Plus документа (быстрый перезапуск) формате.

Открываем Aspen Dynamics

На следующем рисунке показана рабочая область Aspen Dynamics состоящая из трех окон:

Окна Aspen Dynamics:
• окно технологической схемы (Process Flowsheet Window)
• окно сообщений моделирования (Simulation Messages Window)
•окно Simulation Explorer Window, которое включает все элементы панели(библиотеки или папки модели) и содержание панели (все отдельные объекты выбранной библиотеки или папки).

Открытие файла mchspec-1.

1. Меню File → Open.

2. В появившемся диалоговом окне найдем файл mchspec-1, который мы экспортировали с расширением (*. dynd,*. dynf).

3. Выбираем mchspec-1, затем нажимаем кнопку «Открыть», чтобы загрузить mchspec-1.

Добавление нового контроллера

1. В библиотеке All Items найдем библиотеку Dynamics.

2. Находим библиотеку ControlModels.

3. Из списка ControlModels, выбираем объект PID.

4. Перетащим PID на окно технологической схемы и поместим его над потоком 2.

5. Нажмем на этот блок, чтобы выбрать его.

6. Щелкнем правой кнопкой мыши на блоке в появившемся меню выберем команду Rename.

7. В диалоговом окне ввода, вводим новое имя контроллера MCHCOMP, затем нажимаем кнопку ОК.

Добавление блока Dead Time:

1. В библиотеке Control Models выбираем объект Dead_time и перетаскиваем его на технологическую схему.

2. Нажмем на этот блок, чтобы выбрать его.

3. Щелкнем правой кнопкой мыши на блоке в появившемся меню выберем команду Rename.

4. В появившемся диалоговом окне вводим имя MCHCOMPDT, затем нажимаем кнопку ОК.

Наша схема выглядит следующим образом:

1. В библиотеке Dynamics, выбираем Типы потоков (Stream Types).

2. Выбираем объект ControlSignal и удерживая кнопку мыши на иконке перетаскиваем его в окно технологической схемы. На схеме появляются стрелочки у портов, к которым можно подсоединиться.

3. Переместим указатель мыши на поток 3, и отпустим кнопку мыши на порт, помеченный OutputSignal. Появляется диалоговое окно выбора управляющей переменной для потока 3.

4. Выбираем Streams ("3"). Zn ("MCH"), затем нажимаем кнопку ОК.

5.В окне технологической схемы, курсор становится стрелкой подводим ее к блоку MCHCOMPDT на вход.

6.Снова выбираем объект ControlSignal и удерживая кнопку мыши на иконке перетаскиваем его в окно технологической схемы.

7. Отпустим кнопку мыши на выход блока MCHCOMPDT. Управляющий сигнал автоматически создан и готов к подключению.

8.Подведем стрелочку к блоку MCHCOMP, щелкним порт, помеченный InputSignal
для подключения управляющего сигнала.
Выбор управляющей переменной диалоговое окно:

Наша Технологическая схема выглядит так:

Указание манипулируемой переменной:

1. Выбираем объект ControlSignal и удерживая кнопку мыши на иконке перетаскиваем его в окно технологической схемы и подключим к выходу блока MCHCOMP.

2. Переместим указатель на вход потока-2.

Диалоговое окно выбора управляющей переменной:

3. Нажмем кнопку ОК.

Наша Технологическая схема выглядит так:

Теперь мы можем изменять настройки PID-контроллера, для этого:

1. В окне технологической схемы, выбираем MCHCOMP.

2. Щелкнем правой кнопкой мыши на блоке. В появившемся списке выбираем Form → Configuration.

3. Появляется диалоговое окно

4. Нажмем кнопку Initialize Values.

5. Контроллер MCHCOMP должен быть обратного действия, поэтому ставим флажок на Reverse.

6. Значение set point устанавливаем 0,98.

7. Коэффициент усиления 6.

8. Время интегрирования 30 минут.
Настройка вкладки теперь выглядит следующим образом:

Изменение диапазонов для процесса:

1. Щелкнем вкладку диапазонов.

2. Минимум устанавливаем 0,9.

3. Максимум устанавливаем 1.

4. Выходной диапазон значений без изменений.
Вкладка Диапазоны теперь выглядит следующим образом:

5. Нажмем кнопку «Закрыть», чтобы закрыть диалоговое окно.

Мониторинг Моделирования

Открытие графика MCHCOMP контроллера

1. В технологической схеме, нажмем кнопку блока MCHCOMP, чтобы выбрать его, затем щелкнем правой кнопкой мыши.

2. Из меню, которое появляется, выбираем пункт Forms →ResultsPlot. Появляется график:

3. Расположим наши окна, чтобы можно было видеть график и схему.

Открытие лицевой панели MCHCOMP контроллера
Лицевая панель показывает текущие значения переменных контроллера Set Point, Process Variable и Output during a simulation. Также можно использовать лицевую панель для изменения настроек контроллера.

1. В технологической схеме, дважды щелкнем на блоке MCHCOMP, появляется лицевая панель.

2. Расположим наши окна, чтобы можно было видеть график и схему и лицевую панель.

Настройка графика.

1. Щелкнем в пустую область в пределах графика, а затем нажмем правую кнопку мыши.

2. В появившемся меню выберем пункт Properties.

3. Щелкнем на вкладку Labels.

4. В поле Title Text вводим имя нашего графика: MCH Purity Control.

Настройка осей графика.

1. На графике, дважды щелкнем на номера на оси для настройки диапазона, появляется диалоговое окно.

2. В поле Axis Range, вводим диапазон от 0,975 до 0,985.

3. Нажимаем кнопку «OK», чтобы принять изменения.
Чтобы изменить масштаб оси выхода контроллера:

1. На графике, дважды щелкнем на номера на оси выхода контроллера для настройки диапазона, появляется диалоговое окно.

2. Изменяем шаг (Grid Interval) на 200, затем в поле Axis Range вводим диапазон от 1200 до 1800.

3. Нажимаем кнопку «OK», чтобы принять изменения.

Открытие таблицы Манипулирования.

В таблице Манипулирование отображаются переменные, которые мы можем изменять вручную во время динамического моделирования.

1. В технологической схеме, выберем Stream 1, затем нажмем правой кнопкой мыши.

2. Из меню появляется Forms → Manipulate.

Теперь все готово для запуска моделирования.

Устанавливаем Pause Time:

1. Из меню Run, выбираем Pause At, отображается диалоговое окно.

2. В диалоговом окне паузы, выбираем Pause at Time и вводим значение 0,1.

3. Нажимаем «ОК» чтобы принять изменения.

4. На панели инструментов Run Control toolbar, нажимаем кнопку Run, чтобы
начать моделирование.

Теперь можно поменять температуру, давление или потоки компонентов.

и меняя Pause at Time можно посмотреть, как происходит переходный процесс, а также менять настройки регулятора.

интегральная часть 10, пропорциональная 1,5

интегральная часть 15, пропорциональная 3

Вариант лекций на английском языке

1.Introduction. Modeling facilities and management systems.
To model the facilities management along with systems needed to develop mathematical model not only for individual process units, and their control systems, as well as models of objects embedded in the flow charts. This is because the design of the controls necessary to consider not only individual objects but also their combination, which would take into account, the mutual influence of individual objects at each other, but also for your entire technological scheme as a whole. To solve such problems developed software packages that enable capacity-vat mathematical models of technological schemes, to carry out calculations of the steady-state aggregate processing facilities, combined with material and energy flows, often with recycle streams. In addition to the calculations of stationary modes are software-complex can simulate the work flow diagrams and in dynamic modes. At the same time in such a simulation can also consider the impact on work patterns of regulatory systems of individual process parameters and create the optimal management of individual systems Ob-ektami and schemes as a whole, taking into account the mutual influence of technological facilities to test the quality of operation of the facility management. In this case, the criterion function can be used as a criterion to use for quality control of individual devices flowsheet and test the quality of functioning of the whole process. To solve such problems created by various software packages nye. These various programs contain a set of routines that enable the following tasks necessary for the simulation of flow diagrams and control systems.

1. Bank data on the properties of individual components of mixtures involved in the processes.
2. System simulation of the mixture on the properties of the components that make up the technological flow, taking into account the dependence of the properties of individual components of the temperature and-pressure.
3. Bank of technological facilities, which may consist of flow chart and their models. Such models can convert input process streams at the weekend.
4. Bank of different genera fittings, acting on the process streams.
5. Bank of instrumentation and actuators to ensure impact of the process streams and for providing measurement and maintenance of specified levels of process parameters.
6. System for calculating a set of mathematical models of technological facilities with regard to their relations and recycle streams. The system usually provides a break at the beginning of new relationships recycle, followed by iterative calculations to ensure convergence of the dangling bonds on all components of process streams.
7. System optimization of manufacturing facilities and schemes formulated by the criterion of optimization and set parameters to vary.

We will consider the problem of modeling technological objects and control systems of software system using ASPEN, developed by Hyprotech. This is the most widely used to model complex flowsheets in various fields of technology. Bank data on the properties of individual components and a set of technological objects and their models can solve the problem of simulating circuits and control systems for various industries for chemical industry, chemical and pharmaceutical industries, the production processes of mineral fertilizers, for refining of the processes and petrochemicals for the production of polymers for steel of production, including pyrometallurgical processes and hydrometallurgical processes.

Ability to work with this software system provides a wide range of components in a database on the properties of components and a wide range of process modules and their mathematical models. The possibility of using this system is ensured by the fact that both the bank - a bank of data on physico-chemical properties and bank models of technological facilities are open banks. And can be supplemented by the introduction of additional properties of the components for which there is data in the bank and the creation of so-called user models

If it becomes necessary to use non-standard models, which are absent in the library-tech models.

When you create a mathematical model of technological scheme and control systems must perform the following typical steps that are characteristic of this work, using any software package.
1. Create a flow chart of control object.
To do this, select the appropriate template technological schemes to choose from a library of objects relevant technological modules and place them on the field of the technologically scheme.
2. Connect all the objects in the form of technological streams of material and energy flows.
3. Determine the composition of each stream.
4. Specify the required values ​​of technological parameters of each technological unit.
5. Save the model generated the technological object.
6. Go to the subsystem, which provides simulation of dynamic modes of the scheme.
7. Call the subsystem model generated flowsheet.
8. Supplement scheme measuring devices and control of individual process parameters.
9. Conduct a simulation of the created scheme.
10. Enter into the subsystem optimization to formulate a criterion of optimization, to determine the parameters of the optimization, the variation intervals, select the optimization method to solve the problem and optimizing the.

Consider the solution of these problems by using software package
Aspen.
You need to log in Aspen, enter the subsystem Aspen plus and enter into the main window of the system.

Дата добавления: 2015-07-15