Ngày nay, nhiều vấn đề phức tạp trong công nghiệp thường không được giải quyết bằng tay nữa vì hai nguyên do: những sai sót của người làm và vấn đề về thời gian. Có rất nhiều chương trình mô phỏng được sử dụng trong công nghiệp tùy theo từng lĩnh vực, ứng dụng và sản phẩm mong muốn. Trong đó, Aspen là một công cụ hiệu quả dành cho Kỹ sư Hóa với khả năng ứng dụng trong nhiều lính vực. Các ngành có thể kể đến như là: Sản suất xăng dầu và khí, lọc dầu, các quá trình hóa học, các nghiên cứu về môi trường, và năng lượng. Để có thể hiểu và sử dụng Aspen, trước tiên, ta sẽ làm quen với môi trường làm việc (mô phỏng).
Bước đầu xây dựng một mô phỏng
1. Khởi động chương trình Aspen
2. Lựa chọn loại mô phỏng muốn sử dụng. Nếu đã có sẳn một mô phỏng rồi thì ta có thể chọn lựa chọn open an existing simulation. Nhưng hiện tại chúng ta chưa có sẵn nên ta sẽ lựa chọn template như hình dưới đây:
3. Sau đó khi chương trình kết nối với server (server mặc định là local). Môi trường làm việc của Aspen sẽ hiện lên.
Làm quen với môi trường làm việc của Aspen
Hình trên cho thấy môi trường làm việc của Aspen, dùng để thiết kế process flowsheet (lưu đồ quá trình). Tên của các phần trong cửa sổ làm việc đã được đưa ra trong hình.
– Việc làm quen với toolbar feature sẽ giúp cho công việc mô phỏng đạt hiệu quả hơn. Nó giúp giảm bớt thời gian tìm kiếm trên menu.
– Nhấn vào mũi tên bên cạnh các thiết bị hoặc dòng sẽ cho ta một loạt các lựa chọn cụ thể của thiết bị đó.
– Thanh status bar sẽ cho người sử dụng biết các thiết bị đó có chức năng .
– Thanh simulation status, ở phía dưới, bên phải sẽ cho biết các dữ kiện đã được cung cấp đủ hay chưa và mô phỏng có thể chạy được hay chưa.
Tạo một lưu đồ quá trình (process flowsheet)
Để đưa một đơn vị quá trình (một thiết bị hoặc một phần của thiết bị) vào cửa sổ flowsheet (lưu đồ quá trình), ta chỉ cẩn chọn thiết bị đó trong thư viện thiết bị và nhấn vào cửa sổ flowsheet tại vị trí muốn đặt thiết bị đó. Thao tác trên được lặp lại với các phần còn lại của thiết bị mà ta muốn đưa vào mô phỏng. Trong bài giới thiệu này, ta chỉ cần đưa vào duy nhất một thiết bị đó là bộ trộn dòng (Stream Mixer – có thể tìm thấy trong Tab Mixers/Splitters).
Sau khi đưa các thiết bị cần cho mô phỏng vào lưu đồ, ta nên chọn nút Select Mode để thay đổi vị trí hoặc thay đổi kích thước các biểu tượng thiết bị. Nếu không chọn nút này, các thiết bị sẽ được thêm vào mỗi khi ta nhấn chuột trong cửa số flowsheet. Để có thể xóa các thiết bị dư thừa, ta chỉ cần chọn những thiết bị này và nhấn phím Delete trên bàn phím.
Sau khi hoàn tất việc đưa các thiết bị vào flowsheet, ta cần phải đưa dòng vật liệu vào lưu đồ bằng cách chọn dòng phù hợp trong thư viện Dòng (ngoài dòng vật liệu, còn có dòng nhiệt và công nhưng hiện tại ta chưa dùng đến). Trong Aspen có một đặc điểm khá hay là nó sẽ chỉ cho ta biết những dòng nào cần thêm vào. Khi ta chọn lựa chọn Dòng vật liệu, các mũi tên sẽ xuất hiện trên các đơn vị quá trình. Mũi tên màu đỏ cho biết dòng bắt buộc thêm vào và mũi tên màu xanh cho biết dòng không bắt buộc thêm vào.
Trong bài giới thiệu này, ta cần thêm hai dòng nhập liệu và một dòng sản phẩm cho thiết bị trộn (mixer). Tới thời điểm này thì thanh trạng thái (ở phía dưới, bên phải) của cửa sổ sẽ chuyển từ “Flowsheet not Complete” sang “Required Input Complete”.
Nhập dữ liệu vào
Khi sử dụng Aspen, mọi dữ liệu đều được đưa vào thông qua cửa sổ Data Browser. Ta có thể mở cửa sổ này bằng cách click chuột vào biểu tượng Mắt kính hoặc vào Menu Data/Data Browser. Một đặc điểm khá hay của Aspen là trong cửa số data browser, ta có thể biết được dữ kiện nào đã đưa vào đầy đủ, dữ kiện nào chưa được đưa vào. Nếu dữ kiện đã đầy đủ, mục đó sẽ có dấu check màu xanh, còn đối với dữ kiện chưa đầy đủ thì sẽ thấy mục đó có vòng tròn được tô đỏ một nửa.
Bên cạnh đó, Aspen cũng có một công cụ trên toolbar trợ giúp rất hữu hiệu cho người dùng. Nó sẽ tự động đưa ta đến các mục input cần thêm dữ kiện vào. Nút nhấn giúp thực hiện việc này là nút có chữ N màu xanh và có mũi tên sang phải (Next) như hình dưới đây.
Trong thư mục Specification của tab Setup, ta sẽ đưa những thông tin về tiêu đề, ghi chú của mô phỏng mà ta đang thực hiện. Thông tin này sẽ giúp người sử dụng theo dõi công việc đang làm và những thay đổi trong suốt quá trình mô phỏng. Một số đặc điểm đáng nữa đáng đề cập đến là option Units-Sets và option Report. Trong tab Units-Sets, người sử dụng có thể thiết lập một hệ thống đơn vị đo tùy thuộc vào người sử dụng và yêu cầu của ứng dụng cần mô phỏng. Còn trong tab Report Options, người sử dụng có thể lựa chọn các thông tin và cách thức cần xuất ra báo cáo nếu mô phỏng được thực hiện và kết quả mô phỏng hội tụ. Vấn đề này sẽ được tìm hiểu sâu hơn vào các bài sau.
Trong tab Components, người sử dụng cần phải đưa vào các cấu tử (các chất) sẽ được sử dụng trong mô phỏng. Các chất này chính là các sản phẩm trung gian, sản phẩm hoặc nguyên liệu của quá trình cần mô phỏng. Aspen có một cở sở dữ liệu khá lớn các chất thường sử dụng và tính chất vật lý của chúng. Bên cạnh đó, nó còn cung cấp khả năng xây dựng những cấu tử mới chưa được định nghĩa trong cơ sở dữ liệu của Aspen. Trong mục Specifications, ta sẽ đưa các cấu tử vào mô phỏng thông qua tab Selection. Ở cột Component name, đánh tên từng cấu tử và nhấn phím enter. Khi ta đánh chữ Methyl Isobutyl Ketone, cửa sổ tìm kiếm (find) sẽ mở ra. Chọn MIBK trong danh sách kết quả tìm kiếm, nhấn nút add, và đóng cửa sổ tìm kiếm. Và cũng đừng quên thêm Component ID cho tất cả các cấu tử. Sau khi đã đưa hết ba cấu tử vào, màn hình làm việc sẽ tương tự như hình sau:
Đây là mục duy nhất mà ta cần đưa dữ liệu vào trong tab Components. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng có khá nhiều tùy chọn khác phục vụ cho việc đưa vào các cấu tử giả, hoặc các hỗn hợp dầu mỏ trong thực tế,… là những tùy chọn thường được sử dụng trong một vài ứng dụng công nghiệp.
Những dữ kiện được đưa vào trong tab Property hiển nhiên là những dữ kiện quan trọng nhất cần thiết để có một mô phỏng tốt. Thông số quan trọng nhất cần đưa vào là Base Method trong mục Specifications. Base Method là mô hình nhiệt động được sử dụng cho tất cả các tính toán trong mô phỏng và điều này sẽ được bàn đến trong những bài sau. Còn bây giờ, ta chọn Ideal method. Sau khi hoàn thành xong các thông số cần đưa vào, tab Properties sẽ có hình như sau:
Trong tab Streams, chúng ta sẽ đưa vào các thông số cần thiết cho từng dòng nhập liệu. Hãy nhớ rằng một dòng nhập liệu là 100lbs/hr có nồng độ 50/50% khối lượng hỗn hợp Acetone và nước và dòng nhập liệu còn lại là MIBK nguyên chất có lưu lượng 100lbs/hr. Trong mô phỏng này, chúng ta sẽ sử dụng các thông số: nhiệt độ là 750F và áp suất là 50psi. Cần nhớ rằng có rất nhiều cách đưa dữ kiện vào các dòng (VD như: nhiệt độ/ áp suất/ tỷ lệ hơi, tính theo mole/khối lượng, và thành phần của dòng (nồng độ các cấu tử trong dòng) dựa trên % thể tích/% khối lượng/%mole, …). Cần phải đưa vào các dữ kiện thích hợp cho cả dòng nhập liệu và dòng dung môi (được ký hiệu ở đây là Feed và MIBK). Khi hoàn tất, của sổ làm việc sẽ giống như sau:
Vùng cuối cùng cần đưa các dữ kiện vào là tab Blocks. Khi chọn mục này, và chọn tab thuộc Mixer (đơn vị quá trình phục vụ mô tả thiết bị trộn được đưa vào flowsheet lúc đầu). Trong đơn vị quá trình này, ta có lựa chọn để bắt buộc các dòng nhập liệu trong thiết bị trộn sẽ trộn ở áp suất và nhiệt độ mong muốn. Trong thiết bị trộn này, chúng ta sẽ không thay đổi nhiệt dộ và áp suất của thiết bị. Sau khi hoàn tất, thanh trạng thái mô phỏng sẽ chuyển thành “Required Input complete”.
Cón rất nhiều tính năng khác trong cửa sổ Data Browser cần phải tìm hiểu. Nhưng với ví dụ này, các dữ kiện đưa vào đã hoàn tất để có thể chạy mô phỏng.
Chạy một mô phỏng
Có nhiều cách để chạy một mô phỏng…
To be continued
Hoahocngaynay.com
Nguồn Blog Nhatquyen
