Ngày nay các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu сác tính năng tiên tiến trong việc dễ dàng sử dụng và cho phép các kỹ sư hóa tận dụng lợi thế của quá trình mô hình sử dụng cho các tổ chức – tối ưu hóa mở rộng (wide optimation).
Mô hình hóa và mô phỏng là tâm điểm của thiết kế kỹ thuật hóa học và các hoạt động ngày nay, cho dù là quá trình sử dụng công cụ truyền thống như dòng chảy, động lực học chất lỏng, môi trường xây dựng quá trình tiên tiến hoặc các gói thiết kế, thiết bị cụ thể. Tuy nhiên, phần lớn mô hình này chỉ thực hiện một cách hạn chế “silos” trong tổ chức.
Trong ngành dầu khí, các bồn chứa dầu của các mỏ thường được mô phỏng thành các mạng lưới khác nhau. Thông qua đó đánh giá được trữ lượng cũng như các thông số của mỏ dựa vào các thông số đầu vào là các dữ liệu địa chất, thủy văn.
Matzopoulos, giám đốc tiếp thị quá trình hệ thống doanh nghiệp (ESP) [1] cho biết “Công việc này có thể được hưởng lợi đáng kể nếu chúng ta tiếp cận với một mô hình tích hợp, sẽ giúp mở ra khả năng to lớn – tối ưu hóa quy mô” (Hình 2)
Matzopoulos cũng cho biết thêm rằng trong nhiều mô hình hóa hiện nay, thường áp dụng quá trình truyền thống ồn định – trang thái mô phỏng dòng chảy, tính toán nhiệt – vật liệu – thông tin cân bằng và tính chất dòng , “ tối ưu hóa” có xu hướng được bằng cách thử và phân tích lỗi, tổ chức các quá trình hóa học có thể được hưởng lợi đáng kể bằng cách vận dụng quá trình tiên tiến và tinh vi hơn – Đó là kỹ thuật mô hình .
Các quá trình hóa học công nghiệp khác cũng sẽ tốt hơn nếu áp dụng mô phỏng từ công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, nơi có một mô hình tiên đoán chính xác của một nhà máy hay quá trình cho phép các kỹ sư hóa học và các nhà khoa học để nhanh chóng khám phá tốc độ quyết định từ phòng thí nghiệm để điều hành nhà máy, “ ông nói”.
Tại sao ? bởi vì quan điểm mở rộng này cho phép các kỹ sư hóa học nhanh chóng xếp hạng và lựa chọn thay thế thiết kế màn hình, đưa ra thiết kế quá trình tối ưu hóa một cách tự tin mở rộng quy mô lên đến kích thước công nghiệp, và thực hiện cho các nhà máy – quá trình tối ưu hóa mở rộng, chỉ cần liệt kê một số ưu điểm.
Với quá trình hóa học mới, đó là có thể triển khai mô hình hóa hệ thống thông qua chu trình, từ R&D và thiết kế khái niệm , thông qua thiết kế chi tiết, và để hoạt động trực tuyến. Điều này có thể được thực hiện trong một hướng không chỉ thúc đẩy sự hiểu biết đóng góp từ các bộ phận khác nhau của tổ chức, mà còn cung cấp một phương tiện để chuyển giao kiến thức giữa các nhóm hoặc các “silos”.
Matzopoulos chia sẻ thêm một ví dụ: “dữ liệu thử nghiệm giai đoạn đầu có thể được sử dụng với một mô hình thiết lập thí nghiệm để ước tính các thông số động học và xây dựng một bộ phận phản ứng dứt khoát. Điều này tạo thành trung tâm của một mô hình các thiết bị phản ứng được sử dụng bởi các kỹ sư phản ứng để xếp hạng các cấu hình thiết bị phản ứng khác nhau. Mô hình của cấu hình thiết bị phản ứng lựa chọn sau đó được xử lý bởi các kỹ sư, quá trình đồng bộ trong toàn bộ nhà máy là quá trình tối ưu để giảm chi phí khi thiết bị phản ứng được thương mại hóa, đây được gọi là – “mô hình tiên đoán độ trung thực”.
Một số công ty, theo Matzopoulos, đã thông báo đã tiết kiệm được hàng chục triệu đô la khi áp dụng kỹ thuật cải tiến này.
Và sau đó, một khi quá trình này được xây dựng, các mô hình tương tự có thể được chạy trực tuyến để theo dõi, hạch toán sản lượng ước tính – hệ thông điều khiển, hoặc gặp khó khăn – chụp lại những chỗ vận hành kém.
Và phần lớn các ứng dụng của quá trình tiên tiến được tối đa hóa hoặc giảm thiểu “head – line” chỉ số hoạt động là chìa khóa quan trọng, như lợi nhuận hàng năm hoặc chi phi, hoặc tiêu chí thứ hai (các chỉ số hoạt động ), chẳng hạn như chất lượng, thông qua thiết lập năng lượng sử dụng, quá trình sử dụng mô hình tấm dòng chảy kết hợp sự tiên đoán mô hình vận hành .
Ứng dụng điển hình có thể từ thiết kế chi tiết của từng đơn vị, chẳng hạn như – thiết bị phản ứng hình ống hoặc bọc đường kính toàn bộ – quá trình tối ưu hóa nhà máy. Theo Matzopoulos, một số ưu điểm của việc áp dụng mô hình như: nâng cao độ tin cậy trong việc mở rộng quy mô của các đơn vị như thiết bị phản ứng, tối đa hóa hàng loạt thiết bị phản ứng như kết tinh bằng công thức giảm thiểu thời gian, tối đa hóa năng suất cao – độ trùng hợp của polymer bằng cách xác định tối ưu hóa thông số thiệt độ, tối ưu hóa thiết kế cơ khí của một thiết bị phản ứng để kéo dài hoạt tính xúc tác tối đa bằng cách tránh các điểm nóng..và nhiều hơn nữa .
Mô hình hóa sử dụng PSE’s gPROM ModelBuilder
Ngày nay, nhận thức được ưu điểm này, các công ty sẵn sàng áp dụng một hệ thống mô hình kỹ thuật tập trung vào nhà máy – bằng giải pháp tối ưu hóa mở rộng. Tuy nhiên, câu hỏi tại sao không xử lý hóa học hơn là làm điều này ?
Tối ưu hóa của một đơn biến hoặc toàn bộ nhà máy là một cái gì đó mà người dùng chỉ đơn giản là không tận dụng lợi thế. Steve Brown nói, Giám đốc điều hành Chemstations, Inc cho biết. “Tuy nhiên, được xây dựng vào hầu hết các công cụ phần mềm mô phỏng các thuật toán tối ưu rất mạnh mẽ cho phép người dùng thiết lập các ràng buộc, thiết lập các điều kiện, xác định chức năng. Họ có thể nhìn và có vẻ rất phức tạp và chúng tôi đã tìm thấy những người dùng của chúng tôi đã nản lòng bởi công nghệ, mặc dù những lợi ích của việc có một quá trình tối ưu hóa là rất quan trọng.”
Vì lý do này, Chemstations và các công ty chuyên về mô hình hóa, các nhà cung cấp phần mềm mô phỏng đang xem xét các công cụ của họ để sử dụng dễ dàng và trực quan hơn . “Một trong những thách thức lớn nhất đối với ngành công nghiệp mô phỏng là những gì chúng ta gọi là môi trường máy tính kỹ thuật hóa học, trong đó bao gồm tất cả các công cụ, ứng dụng, và các hệ thống quy trình kỹ sư hóa học để làm công việc của họ. Môi trường ngày nay liên tục thay đổi ,vì vậy chúng tôi có thể tìm thấy bất cứ điều gì từ người đang sử dụng Windows XP sang sử dụng Windows 8. Có nhiều phiên bản khác nhau của Microsoft Office, có nghĩa là có những phiên bản khác của Excel.
“Bởi vì môi trường tính toán kỹ thuật hóa học là không tĩnh và không đồng nhất, chúng ta phải đảm bảo rằng bất kỳ công cụ hoặc cập nhật, chúng tôi phát hành sẽ phù hợp với bất kỳ của các môi trường để các công cụ của chúng tôi không chỉ giao tiếp thành công các dữ liệu sang Excel và chạy trong một giao diện, nhưng cũng nhìn trực quan cho người sử dụng, nếu nó xuất hiện là khó khăn hoặc nản chí, người dùng sẽ không chấp nhận chương trình, tính năng cơ bản ít hơn trước nhiều”, Brown nói.
Vì vậy, Chemstations đã thiết kế một giao diện đồ họa người dùng mới sẽ được phát hành trong năm nay. “Điều này sẽ giải quyết không chỉ là vấn đề đầu tiên tích hợp vào các môi trường máy như họ đang thay đổi, nhưng nó cũng bao gồm một bộ công cụ dễ sử dụng.
Aspen Technology, Inc đã được thiết kế lại thông qua trải nghiệm của người dùng và cung cấp khả năng để cho người sử dụng được dễ dàng và bắt đầu việc đào tạo trực tuyến. “Chúng tôi cung cấp và xây dựng mô hình tiên tiến dựa trên các thuật toán và lời khuyên về một môi trường hỗ trợ, do đó người dùng có thể bắt đầu một cách nhanh chóng” . Vikas Dhole,Phó Chủ tịch quản lý sản phẩm kỹ thuật của AspenTech cho biết “Chúng tôi cũng sắp xếp hợp lý các quy trình làm việc, các công cụ cho tất cả người dùng – không thường xuyên và có kinh nghiệm sẽ được sử dụng như nhau – sẽ sử dụng hiều tính năng phức tạp hơn, trong một cách có hệ thống đằng sau công việc phía trước”.
Công ty cũng cung cấp một giao diện web cái mà cung cấp giao diện người dùng duy nhất đó là phổ biến trên các dòng sản phẩm của mình, cho phép các kỹ sư nhà máy và các nhà khai thác có một điểm tham chiếu chung để trao đổi dễ dàng hơn thông tin và dữ liệu (hình 3).
Ngoài ra, AspenTech đã thiết lập những gì họ gọi là “ kích hoạt” tới hoạt động nhất định.
“Để thực hiện các hoạt động như năng lượng, thiết bị hoặc phân tích chi phí,người dùng phải mang dữ liệu từ các sản phẩm mô phỏng thành sản phẩm phân tích khác nhau.Thông qua kích hoạt,chúng tôi đã mang lại những khả năng trong môi trường mô phỏng”, ông nói. “Chỉ một cái click chuột, phần mềm phân tích các mô hình và cho kết quả cho người sử dụng để họ không cần chuyên môn trong mô hình thiết bị hoặc phân tích, những vấn đề có thể nhận được thông tin một cách đơn giản – dễ thực hiện và đơn giản hóa để có thể hiểu được. Điều này làm cho nó dễ dàng hơn từ việc thay đổi mô hình đơn sang thành mô hình cho quá trình tối ưu hóa.”
Sự kết hợp giữa các công cụ cũng làm mô hình các quá trình tối ưu hóa dễ dàng hơn, theo quy định Tobias Scheele, Phó chủ tịch Invensys (hình 4 ).
Ví dụ, trong ngành công nghiệp lọc dầu, các công ty cung cấp giải pháp trang web tích hợp lập kế hoạch, lịch trình, và hệ thống nhằm mục đích tối ưu hóa phần mềm của nó. Giải pháp mới này cho phép nhà máy lọc dầu đã có các hoạt động pha trộn và thực hành tối ưu hóa tại chỗ để tận dụng hai nguồn thông tin này, cuối cùng là nâng cao hiệu quả và lợi nhuận. Sự hội nhập, cung cấp một cách dễ dàng hơn để cập nhật mô hình lập trình tuyến tính khi nhà máy lọc dầu cấu hình nguyên liệu hoặc cấu hình vật lý được thay đổi đáng kể. Điều này cũng hoạt động với hiểu biết – phần mềm quản lý cung cấp thông tin dầu thô chính xác và kịp thời trên từ các phân loại dầu trong việc tối ưu hóa quá trình nhà máy lọc dầu và đạt độ tin cậy tối đa. Môi trường người dùng là lập kế hoạch cho việc chia sẻ dữ liệu và mô hình phổ biến trên tất cả các quy trình công việc, dây chuyền cung cấp.
Bài viết do bạn Lê Đình Lâm, sinh viên Đại học Lviv Polytechnic National University, Ucraina gửi cho Hoahocngaynay.com
Dịch từ www.che.com
Tham khảo:
- www.psenterprise.com
- www.chemstation.com
- www.aspentech.com
- www.invensys.com
