logo

showcase image

Process Simulator

مقدمه

هدف از شبیه‌سازی فرآیند شیمیایی، نمایش فرآیند تبدیل شیمیایی یا فیزیکی از طریق یک مدل ریاضی که مستلزم محاسبات تعادل جرم و انرژی همراه هم، تعادل فازی به همراه انتقال و معادلات سینتیکی است. تمامی این موارد برای پیش‌بینی رفتار یک فرآیند در یک ساختار مشخص، ساخته‌شده‌اند که در آن برخی از داده‌های اولیه، اطلاعات تجهیزات این روند را تشکیل می‌دهند.
مدل‌های ریاضی به کار گرفته‌شده در شبیه‌سازی فرآیند، شامل معادلات خطی و غیرخطی، معادلات جبری دیفرانسیل که نماینده عملیات یا فرآیند پردازش، خواص فیزیکی-شیمیایی، ارتباطات بین تجهیزات و عملیات و مشخصات آن‌ها است. این ارتباطات در PFD خلاصه ‌شده است.
PFD ها زبان فرآیندهای شیمیایی هستند. در نتیجه شبیه‌سازی‌های فرآیند برای تفسیر و آنالیز اطلاعات موجود PFD به‌منظور پیش‌بینی شکست و ارزیابی کارایی فرآیند به کار می‌روند. آنالیز کردن فرآیند برپایه یک مدل ریاضی یکپارچه شده به‌وسیله گروهی از معادلات براساس متغیرهای فرآیند مانند دما، فشار، جریان و ترکیبات همراه سطح، شکل هندسی، مقدار مقرر شیرها و ... است.

در بیشتر شبیه‌سازی‌ها راه حل سیستم معادلات خطی ساخته‌ می شود، هر واحد به‌صورت جداگانه و حرکت رو به‌جلو در سیستم هنگامی‌که متغیرهای موردنیاز برای محاسبه واحد بعدی شناخته شوند، حل می‌شود. هنگامی‌که جریان برگشتی در سیستم وجود دارد، این فرآیند بی‌فایده است، زیرا مشخص بودن برخی از متغیرها برای محاسبات اولیه فرآیند لازم هستند.
یک راه‌حل جایگزین برای این نوع مشکلات، در نظر گرفتن یک جریان به‌عنوان جریان TEAR است. این به معنای فرض مقادیر اولیه برای آن جریان، جهت شروع است. محاسبات، بر اساس اطلاعات فرض شده برای هر یک از واحدهای مشخص شده با به دست آوردن مقادیر جدید برای پارامترهای جریان TEAR حل می‌شود. متعاقباً، مقدار جدید با تکرار این محاسبات، دوباره و دوباره کمک می‌کند، تا زمانی که اختلاف بین مقادیر اولیه و محاسبه ‌شده به حد مشخصی برسد. این نقطه به‌عنوان نقطه همگرایی شناخته می‌شود.
شبیه‌سازهای فرآیند شیمیایی شبیه‌ساز فرآیند شیمیایی، یک نرم‌افزار قابل ‌استفاده برای مدل‌سازی رفتار یک فرآیند شیمیایی در حالت پایا، با استفاده از تعیین فشارها، دماها و جریان‌ها است. امروزه برنامه‌های کامپیوتری به کار گرفته‌شده در شبیه‌سازی فرآیند در مطالعه رفتار پویای فرآیندها به‌علاوه جهت کنترل دستگاه‌ها و پاسخ به انحرافات طبیعی عملیات گستردش یافته اند. همچنین، نرم‌افزار سایزینگ تجهیزات، برآورد هزینه، تخمین و تحلیل خواص، تجزیه و تحلیل عملکرد و بهینه‌سازی فرآیند، اکنون در بازار موجود است. همه‌ی این خصوصیات می‌تواند در مجموعه مهندسی ASPEN مشخص شود.
شبیه‌سازهای فرآیند، قابلیت ارائه موارد زیر را دارند:
• پیش‌بینی رفتار یک فرآیند.
• تجزیه و تحلیل موارد مختلف به‌صورت هم‌زمان و تغییر مقادیر متغیرهای عملیاتی اصلی.
• بهینه‌سازی شرایط بهره‌برداری از واحدهای جدید یا موجود.
• پیگیری یک واحد شیمیایی در تمام طول عمر مفید آن، به‌منظور پیش‌بینی توسعه یا بهبود فرآیند.

About Images
showcase image

پیدایش و توسعه انفورماتیک دیجیتال، پیشرفت سطوح مختلف دانش بشر را تعیین می‌کند. مهندسی شیمی به‌خصوص در حوزه شبیه‌سازی فرآیند بخشی از این پیشرفت بود. اولین تلاش برای مدل‌سازی ریاضی به سال 1950، به‌وسیله زبان FORTRAN (Formula Translating) بازمی‌گردد. پس‌ازآن در 1970، اولین شبیه‌ساز فرآیند به‌عنوان FLOWTRAN ظاهر شد، این کار آغاز یک کار تحقیقاتی بدون وقفه است که عمدتاً توسط آکادمی انجام می‌شود، در بعضی موارد توسط صنعت تأمین می‌شود و مسیریابی شده است تا عملیات فرآیند را برای دسترسی به ارزیابی گزینه‌های مختلف در یک‌زمان کوتاه نسبی، سودآورتر کند.
شبیه‌سازهای فرآیند با استفاده از کتابخانه‌ها یا مدل‌ها ساخته‌شده‌اند. عموماً در FORTRAN، C++ یا Visual Basic که الگوریتم‌های سازگار برای حل معادلات هستند، توسعه‌یافته‌اند. مدل‌ها یا subroutine ها که به‌عنوان procedure، model یا block شناخته می‌شوند، برای استفاده موثر از شبیه‌سازها هستند. مهندسان فرآیند باید دستورالعمل‌ها و فرضیات مدل‌های ارائه‌شده توسط هر شبیه ساز را بدانند. این فرضیات در کتابچه راهنمای کاربر شرح داده شده است. علاوه بر این، همیشه مهم است که معیارهای مورد استفاده در مشخصات تعادل فاز و مدل‌های مورداستفاده برای این منظور در نظر گرفته شود ، زیرا صحت نتایج به‌دست‌آمده از یک شبیه‌سازی بر آن‌ها تأثیر می‌گذارد.
شبیه‌سازهای فرآیند تجاری و آکادمیک فراتر از انواع دیگر هستند. مانند: SPEED UP، ASPEN PLUS، DESIGN II، HYSYM، ASPEN HYSYS، Unisim، DWSim، COCO، CHEMCAD و PRO II، Promax، VMGSim، HSC9، Design II، Petrosim، Exchanger Design & Rating.