Simulare de proces

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Captură de ecran a unui software de simulare a proceselor ( DWSIM ).

Simularea proceselor este utilizată pentru proiectarea , dezvoltarea, analiza și optimizarea proceselor tehnice și se aplică în principal instalațiilor chimice și proceselor chimice , dar și centralelor electrice și instalațiilor tehnice similare.

Principii de baza

Diagrama fluxului de proces al unui proces tipic de tratare a aminei utilizat în instalațiile industriale

Simularea proceselor este o reprezentare bazată pe modele a proceselor chimice , fizice , biologice , a altor procese tehnice și operațiuni unitare și se realizează prin programe. Cerințele de bază sunt o cunoaștere profundă a proprietăților chimice și fizice [1] ale componentelor și amestecurilor pure, reacțiilor și modelelor matematice care, în combinație, permit calcularea unui proces prin intermediul computerelor.

Programele de simulare a proceselor descriu procesele în organigramele în care operațiile unitare sunt poziționate și conectate de fluxuri de produse sau reactanți. Programul trebuie să rezolve echilibrul material și cel energetic pentru a găsi un punct de funcționare stabil. Scopul unei simulare a procesului este de a găsi condițiile optime pentru un proces luat în considerare. Aceasta este în esență o problemă de optimizare care trebuie rezolvată într-un proces iterativ.

Simularea procesului folosește întotdeauna modele care introduc aproximări și ipoteze, dar permit descrierea unei proprietăți într-o gamă largă de temperaturi și presiuni care ar putea să nu fie acoperite în totalitate de date reale. Modelele permit, de asemenea, interpolare și extrapolare - în anumite limite - și formează baza pentru căutarea condițiilor în afara gamei de proprietăți cunoscute.

Modelare

Dezvoltarea modelelor [2] pentru o mai bună reprezentare a proceselor reale este inima dezvoltării în continuare a programelor de simulare. Dezvoltarea modelelor se face în partea de inginerie chimică, dar și în cea de inginerie de control și pentru îmbunătățirea tehnicilor de simulare matematică. Simularea proceselor este, prin urmare, unul dintre puținele domenii în care oamenii de știință din domeniile chimie , fizică , informatică , matematică și diferite domenii ale ingineriei lucrează împreună.

ELV al amestecului de cloroform și metanol plus adaptarea și extrapolarea NRTL la diferite presiuni

Se fac eforturi mari pentru a dezvolta modele noi și îmbunătățite pentru calcularea proprietăților. Aceasta include, de exemplu, descrierea:

  • proprietăți termofizice precum presiunea vaporilor , vâscozitatea , datele calorice etc. de substanțe și amestecuri pure.
  • proprietățile diferitelor echipamente, cum ar fi reactoarele, coloanele de distilare, pompele etc.
  • reacții chimice și cinetice .
  • date de mediu și de siguranță.

Se pot distinge două tipuri principale de modele:

  1. Ecuații și corelații destul de simple în care parametrii sunt derivați din date experimentale.
  2. Metode predictive în care sunt estimate proprietățile.

Ecuațiile și corelațiile sunt de obicei preferate deoarece descriu proprietăți (aproape) exact. Pentru a obține parametri fiabili este necesar să aveți date experimentale care sunt obținute de obicei din baze de date care colectează rezultatele testelor experimentale. [3] [4] sau, dacă datele publice nu sunt disponibile, prin măsuri .

Utilizarea metodelor predictive este mult mai ieftină decât utilizarea lucrărilor experimentale și, de asemenea, comparată cu bazele de date. În ciuda acestui mare avantaj, proprietățile prezise sunt utilizate în mod normal numai în primii pași ai procesului de dezvoltare pentru a găsi primele soluții aproximative și pentru a exclude căile greșite, deoarece aceste metode de estimare introduc de obicei erori mai mari decât corelațiile obținute din datele reale.

Simularea proceselor a încurajat, de asemenea, dezvoltarea în continuare a modelelor matematice în domeniile controlului numeric și rezolvării complexe a problemelor. [5] [6]

Istorie

Istoria simulării proceselor este puternic legată de dezvoltarea tehnologiei informației , computerelor și limbajelor de programare. Primele implementări simple de lucru ale aspectelor parțiale ale proceselor chimice datează din anii 1970, când, pentru prima dată, erau disponibile programe adecvate (scrise în principal în FORTRAN ) și computere. Modelarea proprietăților chimice a început mult mai devreme, în special ecuația cubică de stare și ecuația Antoine sunt evoluții din secolul al XIX-lea.

Simulare starea de echilibru și proces dinamic

Simularea procesului a fost inițial utilizată pentru a simula procesele în stare staționară. Modelele în starea de echilibru realizează un echilibru de masă și energie al unui proces staționar (un proces într-o stare de echilibru), dar orice schimbări în timp sunt ignorate.

Simularea dinamică este o extensie a simulării procesului în stare staționară prin care dependența de timp este inserată în modele prin termeni derivați, adică acumulări de masă și energie. Apariția simulării dinamice înseamnă că descrierea în funcție de timp, predicția și controlul proceselor reale în timp real a devenit posibilă. Aceasta include descrierea pornirii și opririi unei instalații, modificările condițiilor în timpul unei reacții, înălțimile apei, schimbările termice și multe altele.

Simulările dinamice necesită o creștere a timpului de calcul și sunt matematic mai complexe decât o simulare în stare staționară. Acestea pot fi văzute ca simulări la starea de echilibru repetate de mai multe ori (pe baza unui interval de timp fixat) cu parametri în continuă schimbare.

Simulările dinamice pot fi utilizate atât în ​​modul online, cât și offline. Cazul online este configurat ca un control predictiv, în care rezultatele simulării în timp real sunt utilizate pentru a prezice modificările care vor avea loc datorită variației unui control, iar parametrii de control sunt optimizați pe baza rezultatelor. Simularea offline poate fi utilizată în proiectare, căutare și reparare a defectelor și optimizarea instalației de proces, precum și efectuarea de studii de caz pentru a evalua impactul modificărilor procesului.

Notă

  1. ^ Rhodes CL, "Revoluția de simulare a procesului: necesități și preocupări ale proprietății termofizice", J.Chem.Eng.Data, 41, 947-950, 1996
  2. ^ Gani R., Pistikopoulos EN, "Modelarea și simularea proprietății pentru proiectarea produselor și proceselor", echilibru de fază fluidă, 194-197, 43-59, 2002
  3. ^ Marsh K., Satyro MA, "Integrarea bazelor de date și impactul lor asupra simularii și proiectării proceselor", Conferință, Lake Tahoe, SUA, 1994, 1-14, 1994
  4. ^ Wadsley MW, "Baze de date de proprietăți termochimice și termofizice pentru simulare computerizată a proceselor chimice", Conferință, Coreea, Seoul, 30 august - 2 septembrie 1998, 253-256, 1998
  5. ^ Saeger RB, Bishnoi PR, "Un algoritm 'Inside-Out' modificat pentru simularea proceselor de separare multicomponentă cu mai multe etape utilizând metoda UNIFAC Group-Contribution", Can.J.Chem.Eng., 64, 759-767, 1986
  6. ^ Mallya JU, Zitney SE, Choudhary S., Stadtherr MA, „Parallel Frontal Solver for Large-Scale Process Simulation and Optimization”, AIChE J., 43 (4), 1032-1040, 1997

Bibliografie

  • Carte sau publicație aferentă articolului
  • Alte cărți sau publicații legate de articol

Elemente conexe

Alte proiecte

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Simulation_of_process&oldid=107232772 ”