Математическое моделирование и оптимизация химико-технологических процессов с применением моделирующей программы CHEMCAD 2 глава

3.5. Использование панели «Основная графическая палитра» (Main Palette)

.	Примечания. 1. Для наглядности кнопки без математических модулей затемнены; кнопка рисования технологической линии подсвечена и обведена рамкой 2. Пиктограммы реакторов: Равновесный, Гиббса, Стехиометрический дополнены символами “E”, “G”, “S”.

На панели «Основная графическая палитра» расположены функциональные кнопки. Каждая кнопка «Основной графической палитры» содержит пиктограмму, поясняющей функциональность связанного с кнопкой объекта.

Данная панель появляется только в графическом режиме работы программы. Подробности о режимах работы CHEMCAD приведены в соответствующем разделе.

Перемещение панели осуществляется с помощью щелчка мыши на заголовке (красная полоска вверху панели) и дельнейшей транспортировки панели.

Вывести/убрать основную палитру в графическом режиме работы можно с помощью переключения команды: View/Main Palette. Текущее состояние отображается наличием/отсутствием галочки перед этой командой (View/ þ Main Palette или же View/ ¨ Main Palette).

Более простым вариантом является нажатие/отжатие кнопки: «» на панели инструментов.

3.5.1. Кнопки без математических модулей

Значок	Краткое описание	Значок	Краткое описание
	Выбор модулей из списка		Рисование ломаной линии
	Вращение графического объекта		Рисование многоугольника
	Рисование графического примитива - прямоугольника		Текстовая информация
	Рисование графического примитива – эллипса		Источник материального потока
	Рисование линии		Приемник материального потока

3.5.2. Основные математические модули

Значок	Модуль		Краткое описание	Режим расчета
	Stream	Поток	Описывает материальный поток от одного модуля к другому. Дополнительно можно задать параметры трубопровода, по которому передается материальный поток	–
	Compressor (COMP)	Компрессор	Моделируется действие изоэнтропического или политропного компресора.	Стат.
	Expander (EXPN)	Экспандер	Моделируется действие изоэнтропического или политропного компресора/экспандера.	Стат.
	Component separator (CSEP)	Отделение компонента	Расщепляет входной поток на два выходных с разными составами и термодинамическими условиями	Стат.
	Divider (DIVI)	Делитель потока	Делитель потока расщепляет входной поток на несколько выходных потоков с тем же самым составом и интенсивными параметрами.	Стат.
	Liquid/ Liquid extractor (EXTR)	Экстрактор	Модуль рассчитывает тепловой и материальный балансы многостадийно контактирующих несмешивающихся жидких смесей. В модуле допускается использовать до пяти входных потоков и шести выходных.	Стат.
	Fired Heater (FIRE)	Огневой подогреватель – печь	Огневой подогреватель рассчитывает потребление топлива, требуемого для нагрева целевого потока до заданной температуры. Если на выходе целевого потока необходимо учитывать разделение фаз, может быть задано более одного выходного потока.	Стат.
	Flash (FLAS)	Расчет двухфазно-го равнове-сия	Модуль FLASH является основной моделью расчета фазового равновесия («однократного испарения») в раных постановках задачи расчета: изотермическое, адиабатическое, изоэнтропическое, с фиксированной долей отгона паровой фазы при различных термодинамических условиях.	Стат.
	Heat exchanger (HTXR)	Теплообменник	Модуль теплообменника может быть использован для моделирования теплообменника с одним или двумя входными потоками.	Стат.
	Three phase flash (LLVF)	Расчет трехфазного равновесия	Модуль расчета трехфазного равновесия моделирует точный расчет системы жидкость-жидкость-пар.	Стат.
	LNG Heat exchanger (LNGH)	Многопоточный теплообменник	Модуль используется для моделирования теплообмена между множествами «горячих» и «холодных» потоков. Максимальное количество входных и выходных потоков ограничено семью.	Стат.
	Calculation loop (LOOP)	Внешняя итерация	Модуль Loop используется для выполнения оболочкой CHEMCAD заданной последовательности расчета модулей до выполнения условия сходимости. Используя этот модуль можно выполнять значительную часть расчетов с «легкими» условиями сходимости (большая погрешность) и в то же время выполнять небольшое подмножество схем с малой погрешностью.	Стат.
	Mixer (MIXE)	Смеситель	Модуль смеситель смешивает несколько входных потоков и выполняет расчет фазового равновесия адиабатически при заданном выходном давлении смесителя. Если задан более, чем один поток, смеситель также выполняет функцию делителя фаз.	Стат.
	Phase generator (PGEN)	Генератор фаз	Модуль генератор фаз используется для серий расчетов фазовых равновесий в рамках условий, заданных пользователем. Доступны все постановки расчета фазового равновесия.	Стат.
	Pipe simulator (PIPE)	Моделиро-вание трубопро-вода	Модуль PIPE рассчитывает размер отдельного сегмента трубопровода или перепад давления на этом сегменте. Режим расчета задается адиабатическим или изотермическим. Модуль будет использовать транспортные свойства, рассчитанные с помощью CHEMCAD если пользователь не введет свои значения.	Стат.
	Liquid pump (PUMP)	Насос	Модуль насоса используется для увеличения давления потока жидкости. Может быть задано или выходное давление или рост давление. В любом случае рассчитывается требуемая работа.	Стат.
	Stream recorder (SREC)	Регистратор потока	Модуль SREC удобен для записи информации о потоке как функция определенного количества рецикловых итераций. Наиболее часто используется в динамическом моделировании для записи информации, как функции от времени. Однако этот модуль также может быть использован для диагностики проблем сходимости рециклов.	Стат. Дин.
	Stream reference (SREF)	Ссылка на поток	Модуль SREF может быть использован для передачи информации о потоке в другой поток. Данный модуль функционирует как абстрактный блок, выходной поток которого всегда равен входному.	Стат.
	Valve (VALV)	Вентильное устройство	Модуль VALV выполняет адиабатический пересчет фазового равновесия входного потока при заданном выходном. Если задан более, чем один выход модуль также будет выполнять функцию сепаратора фаз.	Стат.
	Vessel (VESL)	Сосуд	Модуль VESL используется, когда Вы желаете совместить расчеты фазового равновесия и деление потока. Этот модуль позволят отделить газовую фазу от жидкой, которая может быть распределена по нескольким выходам.	Стат.

3.5.3. Модули для математического описания процесса дистилляции (ректификации)

Значок	Модуль		Краткое описание	Режим расчета
	Shortcut column (SHOR)	Простая колонна	Модуль SHOR использует метод Фенске-Андервуда-Джилиленда для моделирование простой ректификационной колонны с одним входным потоком и двумя выходными продуктовыми потоками (дистиллят и кубовый продукт).	Стат.
	Distillation column (TOWR)	Ректифика-ционная колонна	TOWR является модулем точного расчета многоступенчатого равновесия пар-жидкость и моделирует расчет любой единичной колонны, включая дистилляционные колонны, абсорберы, стрипперы. Боковые погоны и боковые теплообменники также могут быть смоделированы с помощью этого модуля. Максимальное количество входных потоков – пять, выходных – четыре.	Стат.
	Rigorous distillation column (SCDS)	Сложная ректифика-ционная колонна	SCDS является модулем точного расчета многоступенчатого равновесия пар-жидкость и моделирует расчет любой единичной колонны, включая дистилляционные колонны, абсорберы, стрипперы. Боковые погоны и боковые теплообменники также могут быть смоделированы с помощью этого модуля. В отличие от модуля TOWR имеется возможность задать эффективность по Мерфри контактного устройства. Максимальное количество входных потоков – пять, выходных – четыре.	Стат.
	Tower plus (TPLS)	Ректифика-ционная колонна плюс.	TPLS является модулем точного расчета колонны с боковыми стрипперами, боковыми теплообменниками и боковыми погонами. Модуль предназначен для моделирования ректификационных колонн, но также может использован для моделирования любой единичной колонны, включая дистилляционные колонны, абсорберы и стрипперы. Боковые стрипперы рассматриваются как часть модуля TPLS и рассчитываются одновременно с основной колонной, без выполнения рецикловых вычислений.	Стат.
	Batch distillation (BATC)	Последова-тельная дистилля-ция	При использовании модуля имеется в виду, что базовый режим реальных операций с колонной является последовательностью (серией) нескольких независимых шагов (этапов) с воздействиями. Во время этапа с воздействием профиль обычно изменяется от одного крайнего положения до другого. Также могут происходить какие-либо дискретные события, такие как подача или отключение материального потока, изменение влияющих переменных процесса и т.д. Совершение одного или нескольких таких событий означает конец одного шага воздействия и начало другого. Состояние колонны в конце шага принимается за начальное в начале следующего и т.д.	Дин.

3.5.4. Модули для математического описания процессов с твердой фазой вещества

Значок	Модуль		Краткое описание	Режим расчета
	Baghouse Filter (BAGH)	Пылевой фильтр	Моделирует действие стандартного пылевого фильтра. Модуль рассчитывает эффективность сбора и перепад давления или поток через фильтр.	Стат.
	Centrifugal filtration (CFIG)	Центробеж-ная фильтрация	Модуль CFUG моделирует нормальное поведение центробежных фильтров. Данные аппараты могут быть последовательного или мульти-последовательного действия, в зависимости от загружаемой твердой фазы.	Стат.
	Crusher/ Grinder (CRSH)	Дробилка	Модуль CRSH рассчитывает рабочие условия и сокращение размеров перерабатываемого материала для трех типов дробилок. Модуль имеет один вход и один выход.	Стат.
	Crystallizer (CRYS)	Кристалли-затор	Модуль CRYS может быть использован для моделирования процессов кристаллизации или плавления при охлаждении или нагревании. Он также может быть использован как растворитель в случае добавления второго растворяющего потока для управления заданной концентрации выходного потока.	Стат.
	Cyclone separator (CYCL)	Циклон	Модуль CYCL моделирует или оценивает процесс разделение системы газ-твердое тело по одному из двух имеющихся в библиотеке программы методов.	Стат.
	Hydro-cyclone (HCYC)	Гидроцик-лон	Модуль HCYC моделирует или проектирует гидроциклон для отделения твердой фазы из потока жидкости. В библиотеке имеются два метода. В их основе лежит разделение частиц на две группы по размерам. Рассчитывается характеристический диаметр группы, D50, соответствующий тому, что 50% частиц в группе больше или меньше заданного диаметра.	Стат.
	Screen (SCRE)	Экран, грохот	Модуль SCRE моделирует процесс просеивание с помощью формулы распределения или по таблице эффективности.	Стат.
	Centrifugal sedimenta-tion (CSED)	Центробеж-ное осаждение	Модуль CSEG описывает обыкновенное поведение центробежной сепарации твердой фазы из массы типа жидкой глины. Плотность твердой фазы должна быть выше, чем у жидкой.	Стат.
	Solids washer (WASH)	Раствори-тель	Модуль WASH моделирует материальный и тепловой балансы, связанные с процессами размывания, растирания.	Стат.
	Dryer (DRYE)	Осушитель	Модуль DRYE моделирует материальный и тепловой балансы, связанные с общими процессами осушки.	Стат.
	Filter (FLTR)	Фильтр	Модуль FLTR моделирует или вакуумный или фильтр при постоянном давлении. Простейший материально-тепловой баланс также заложен в математическую модель.	Стат.
	Venturi scrubber (VSCR)	Скруббер Вентури	Моделируется скруббер Вентури, предназначенный для осаждение частиц, туманов и неупругих паров из потока газа. Предполагается что входной газо-жидкостной поток является равновесным, то есть тепловой баланс не рассчитывается.	Стат.
	Electrosta-tic precipitator (ESPT)	Электроста-тический фильтр	Моделируется электростатический фильтр, в котором используются разноименно заряженные частицы для электризации и дальнейшего захвата частиц пыли и грязи из газового потока.	Стат.

3.5.5. Модули для математического описания процесса химической реакции

Значок	Модуль		Краткое описание	Режим расчета
	Equilibrium reactor (EREA)	Равновес-ный реактор	Модуль EREA дает пользователю возможность моделирования реакторов с набором реакций, определенных степенью конверсии или равновесных соотношений.	Стат.
	Gibbs free energy reactor (GIBS)	Реактор Гиббса	Модель реактора Гиббса может быть использована для моделирования реакторов с учетом материального и теплового балансов. Скорости выхода продуктов, соединений и тепловые условия рассчитываются с помощью минимизации свободной энергии Гиббса, являющейся базой для общего массового баланса.	Стат.
	Stoichoi-metric reactor (REAC)	Стехиомет-рический реактор	Модуль REAC моделирует одну химическую реакцию для заданного набора стехиометрических коэффициентов, ключевого компонента и степени конверсии. Реактор может быть задан адиабатическим, изотермическим или с тепловой нагрузкой.	Стат.
	Kinetic reactor (KREA)	Кинетичес-кий реактор	Модель KREA предоставляет пользователю возможность оценки или проектирования материального потока в замкнутой системе и последовательных реакторов с мешалкой. Допускается до 20 одновременных химический реакций.	Стат.
	Polymer reactor	Реактор полимери-зации	Модель реактора полимеризации предназначена для моделирования химического процесса полимеризации вещества.	Стат.
	Batch reactor (CC-REACS)	Последова-тельный реактор	Модуль CC-REACS является прикладной инструментальной оболочкой для моделирования поведения последовательных и мульти-последовательных реакторов и вспомогательного оборудования.	Стат. Дин.

3.5.6. Модули для математического описания динамических процессов

Значок	Модуль		Краткое описание	Режим расчета
	Control Valve	Регулирую-щий клапан	Поскольку ПИД-регулятор и управляемый им клапан функционируют совместно, то они также совместно описаны в математической модели данного модуля. Модуль неприменим в случае каскадного управления.	Дин.
	Controller (CONT)	Контроллер	Модуль CONT помещается на технологическую схему между другими модулями и имеет два режима: а) передача параметра от потока или модуля другому потоку или модулю; б) настройка параметра потока или модуля по заданному условию с помощью изменения другого параметра другого потока или модуля.	Дин.
	Dynamic Vessel	Динамичес-кий сосуд	Модуль позволяет пользователю моделировать динамику в сосуде.	Дин.
	PID controller	ПИД-регулятор	Модуль является реализацией стандартного ПИД-механизма регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальный). Возможно использование регуляторов в каскаде.	Дин.
	RAMP for equipmt/stream parameters	Уклон	Модуль используется для линейного изменения различных параметров за заданный промежуток времени, например, открытие клапана за определенное время.	Дин.
	Time delay block	Блок временной задержки	Модуль используется для моделирования задержек по времени, таких как транспортное запаздывание.	Дин.
	Time switch	Временной переключа-тель	Модуль является регулировщиком протекающего процесса. Он руководствуется реестром времени для управления процессом.	Дин.

3.5.7. Разные модули

Значок	Модуль		Краткое описание	Режим расчета
	Calculator module (CALC)	Калькуля-тор	Используется для задания простейших формул, например для пересчета из одной системы единиц в другую.	Стат.
	User added module	Модуль, до-бавленный пользовате-лем	Значки, добавляемы пользователем создаются в отдельной программной оболочке: Symbol Builder.	–
	Excel workbook unit	Рабочая книга Excel	Во время расчета модуль вызывает стандартный редактор электронных таблиц MS Excel для передачи ему данных, выполнения внешних расчетов и получения необходимых данных из ячеек электронной таблицы. Модуль рассчитан на опытных пользователей.	Стат.
	Tank	Емкость	Модуль Tank используется только совместно с модулем BATC. Для статических расчетов используются модули FLAS или VESL. Для динамических расчетов используйте модуль Dynamic Vessel.	–
	Pressure Node (NODE)	Давление на участке	На каком-либо участке схемы (модуль, поток) задается значение давления принудительно.	Стат.