1-مقدمه

Aspen One یک محیط وب یکپارچه برای جستجو، اشتراک‌گذاری، مشاهده، تعامل و همکاری با استفاده از محتوای تولید شده توسط مفاهیم مهندسی شیمی، تولید محصولات شیمیایی و زنجیره تامین است. اکنون، هر سازمانی مرتبط به مهندسی شیمی، فرآیند، نفت، گاز، پتروشیمی و … می‌تواند به طور مؤثر در هر زمان و هر مکان با دسترسی به برنامه‌ها، زمان‌بندی‌ها، شبیه سازی‌ها و داده‌های عملکرد تولید استفاده کند. نرم افزارهای Aspen Plus ، Aspen HYSYS همانند نرم افزارهای Aspen Exchanger ، Aspen Process Economic Analyzer ، Aspen Adsorption ، Aspen PIMS، Aspen Polymers و … زیر مجموعه نرم افزار Aspen One است. در شکل 1 نشان نرم افزار Aspen One نشان داده شده است.

جهت مشاهده کلیک کنید : آموزش نرم‌افزار اسپن هایسیس 

شکل 1- نشان نرم افزار Aspen One

2- مزایا استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS

با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS مي‌توان عمليات بهینه سازی را به سرعت بهبود بخشيد و از درستي كاركرد دستگاه‌ها اطمينان حاصل كرد. براي مثال در تشخيص نقص دستگاه‌ها مانند ميزان جرم گرفتگي مبدل‌ها و پديده طغيان در برج‌هاي تقطير، پديده چکه کردن در برج‌هاي تقطير مي‌توان از آن استفاده كرد.

با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS مي‌توان طراحی مناسبی از تجهیزات به منظور درست کردن دیتاشیت های مهندسی داشت. یعنی با استفاده از این نرم افزار میتوان هد پمپ، میزان Power مصرفی پمپ‌ها، Power مصرفی کمپرسورها، Power مصرفی توربین‌ها، زمان ماند در راکتورها، درصد تبدیل در واکنش های سنتیکی، تعداد سینی های مینیمم در برج تقطیر، سینی خوراک در برج تقطیر، جریان برگشتی مینیمم در برج تقطیر، محاسبات برج فلش، طراحی ابتدایی و در ادامه طراحی دقیق تر تجهیزات انتقال حرارت و … را به راحتی محاسبه و بدست آورد.

نرم افزار Aspen HYSYS از مدل‌های ریاضی و معادلات ترمودینامیکی دقیق و متنوع برای پیش‌بینی عملکرد فرآیند استفاده می‌کند. این مدل‌سازی دقیق خواص ترمودینامیکی به ویژه در جداسازی مخلوط های غیر ایده‌آل بسیار اهمیت دارد. این دقت معادلات ترمودینامیکی کمک می‌کند خواص فیزیکی، خواص شیمایی و خواص ترمودینامیکی ترکیبات با دقت بالایی محاسبه شود. به طور مثال این باعث می‌شود محاسبات نقطه جوش، درصد بخار، فوگاسیته، کشش سطحی و … یک ترکیب خالص (و یا مخلوط) با خطای کم‌تری محاسبه شود.

یك كتابخانه جامع تركيبات خالص در Aspen HYSYSوجود دارد كه قابليت افزودن تركيبـات اختصاصـي بـا استفاده از داده هاي شخصي و يا تهيه تركيباتي با استفاده از گروه‌هاي UNIFACرا دارد. همچنين اين نرم افزار قادر است تا برش‌هاي مختلف نفتي را بر اساس داده هاي تقطير ASTMاستاندارد بـه وجـود آورد. شکل 2 صفحه انتخاب معادله ترمودینامیکی در نرم افزار Aspen HYSYS نشان می‌دهد.

شکل2 – انتخاب معادله ترمودینامیکی در نرم افزار Aspen HYSYS

Aspen HYSYS توانايي انجام محاسبات خواص نفتي را دارا است. به طوری که یکی از نقاط قوت این نرم افزار تعریف برش‌های نفتی از ساده‌ترین حالت تا پیچیده ترین حالت است. به طوری که کاربر می‌تواند با کم ترین اطلاعات ( وزن مولکولی و دانسیته برش نفتی) و یا با بیشترین اطلاعات (جدول منحنی تقطیر – دما جدول منحنی تقطیر – وزن مولکولی و منحنی تقطیر -ویسکوزیته ) نفت را به نرم افزار Aspen HYSYS تعریف کرد.

نرم افزار Aspen HYSYS توانايي تعریف ترکیبات شبه‌فرضی و ترکیباتی که در کتابخانه نرم افزار Aspen HYSYS نیستند را دارا است. در اینجا نیز با کم ترین اطلاعات ( وزن مولکولی و دانسیته ترکیب) و یا با بیشترین اطلاعات (ساختار مولکولی و خواص بحرانی) ترکیب شبه‌فرضی را به نرم افزار Aspen HYSYS تعریف کرد.

Aspen HYSYS توانايي انجام محاسبات سودمندي نظير شرايط تشكيل هيدرات را دارا است. همچنین Aspen HYSYS توانايي انجام محاسبات جداول بخار را دارا است.

یکی از بهترین مزیت‌های این است که Aspen HYSYS قبلاً یک پایگاه داده موجود از ترکیباتُ معادلات ترمودینامیکی و خواص فیزیکی و شیمیایی ترکیبات خالص و چندتایی را دارد. بنابراین یکی از مزایای Aspen HYSYS، ساختار قوی آن در زمینه ترمودینامیک است.

معادلات ترمودینامیکی ایجاد شده توسطAspen HYSYS ، پیش‌بینی دقیقی از خواص انتقالی (ویسکوزیته، کشش سطحی، ضریب نفوذ، ضریب هدایت حرارتی )، خواص فیزیکی ( خواص شدتی (دما، فشار، نقطه جوش، وزن مولکولی و … ) وخواص مقداری) و خواص ترمودینامیکی سیالات (ضریب فوگاسیته، آنتالپی، آنتروپی و حجم)، مواد هیدروکربنی، مواد غیر هیدروکربنی، الکترولیت‌ها، جامدات و … را ارائه می‌دهند.

یکی دیگر از مزیت‌های Aspen HYSYS شبیه سازی فرآیندهای بسیار پیچیده ای نظیر هیدروکراکینگ، فرآیند شیرین‌سازی گاز طبیعی، فرآیند نم زدایی گاز طبیعی با گلایکول، واحد بازیافت گوگرد، واحد FCC و غیره است. شکل 3 نمایی از شبیه سازی فرآیند هیدروکراکینگ در نرم افزار Aspen HYSYS را نشان می‌دهد. از آنجایی که بعضی فرآیندها دارای ترکیبات و معادلات ترمودینامیکی خاص و منحصر به فردی هستند این قابلیت نرم افزار Aspen HYSYS بسیار سودمند است.

شکل3 – شبیه سازی فرآیند HCR در نرم افزار Aspen HYSYS

در نرم افزار Aspen HYSYS عمليات واحدهاي متعدد و گوناگوني مانند انواع مبدل‌هاي حرارتي، تجهيزات دوار مانند پمپ، كمپرسور، جداكننده‌ها، برج‌هاي تقطير، راكتورها، عمليـات جداسـازي جامـدات و عمليـات منطقي موجود است. به علاوه عمليات واحد خاص را نيز مي توان از طريق برنامه نويسي به اين نرم افزار اضافه كرد.

كليه واكنش هاي شيميايي مورد نياز براي يك فرآيند يك بار نوشته شده و در طول برنامه هر جـا كـه مورد نياز باشند مورد استفاده قرار مي گيرند.

اين امكان در نرم افزار Aspen HYSYS وجود دارد كه يك برج تقطير پيچيده را در يك نمودار جريان فرعي به صـورت جداگانه حل كرده و سپس محاسبات را در نمودار جريان اصلي ادامه داد.

براحتي مي توان نتايج محاسبات نرم افزار Aspen HYSYS را به نرم افزار هاي عمومي نظير EXCELو WORDمنتقل كرد.

PFD فرآیند به راحتی ویرایش، ایجاد و ذخیره می‌شود.

به راحتي مي توان برای طراحی دقیق‌تر مبدل حرارتی آن را از نرم افزار Aspen HYSYS به نرم افزار Aspen Exchanger لینک کرد.

از مزیت‌های استفاده از نرم افزار Aspen HYSYSمحاسبات و بدست آوردن اکسرژی جریان ها است.

به راحتي مي‌توان برای ارزیابی اقتصادی فرآیندهای مهندسی شیمی و به دست آوردن هزینه خرید تجهیزات، هزینه نصب، هزینه سرمایه‌گذاری و بازگشت سرمایه آن را از نرم افزار Aspen HYSYS به نرم افزار Aspen Process Economic Analyzer لینک کرد. همچنین PFD فرآیند به راحتی ایجاد و ذخیره می‌شود و در نهایت تمامی نتایج جریان‌ها و تجهیزات را می‌توان در یک فایل به فرمت pdf ذخیره کرد.

بهینه سازی تک‌هدفه بهینه­یابی برای افزایش تولید محصول و کاهش انرژی موردنیاز لازم و ضروری است، همچنین کاهش اثرات مخرب زیست­محیطی در فرآیندهای پتروشیمی نیز بسیار ضروری است. بهینه­یابی به معنای به دست آوردن مقادیر متغیرهای تصمیم است که این مقادیر می­تواند به حداقل یا حداکثر رساندن یک یا چند تابع هدف باشد. بخش اصلی تحقیقات مربوط به بهینه­یابی در مهندسی شیمی تنها یک هدف را موردتوجه قرارداده است که امکان این بهینه سازی با ابزار Case Study نرم افزار Aspen HYSYS وجود دارد.. اما بیشتر مسائل مهندسی شیمی در دنیای واقعی با یک یا چند هدف سروکار دارند. راه­حل بهینه­یابی این­گونه مسائل استفاده از روش­های بهینه­یابی چند­هدفه است. برای بهینه سازی چند هدفه باید آن را به به نرم زبان‌ برنامه نویسی متلب لینک کرد. شکل 4 شماتیک لینک متلب به Aspen HYSYS را نشان داده است.

شکل4 – لینک نرم افزار متلب به Aspen

3- معایب استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS

Aspen HYSYS در شبیه سازی خواص غیر ایده‌آل، کمی ضعیف‌تر از نرم افزار Aspen Plus است.

Aspen HYSYS توانایی شبیه سازی سیستم‌های الکترولیتی را ندارد و برای این کار نرم افزار Aspen Plus مناسب است.

Aspen HYSYS در محاسبات خواص آزئوتروپ، ضعیف‌تر از نرم افزار Aspen Plus است. در شکل 5 رسم نمودار TXY در نرم افزار Aspen Plus نشان داده شده است.

شکل5 – رسم نمودار TXY در نرم افزار Aspen Plus

شبیه سازی سامانه‌های پلیمری در Aspen HYSYS به راحتی شبیه سازی در نرم افزار Aspen Plus نیست.

از معایب و کاستی‌های از نرم افزار Aspen HYSYSعدم محاسبه و بدست آوردن اکسرژی پیشرفته تخریب اکسرژی و بازده اکسرژی است.

نرم افزار Aspen HYSYS در زمينه حل جزئيات برخي تجهيزات فرآيندي مثل مبدل هاي حرارتي نسبت به نرم افزار چون Aspen Exchanger توانايي كمتري دارد.

یکی از بزرگترین معایب نرم افزار Aspen HYSYS در آنالیز حساسیت برج تقطیر است. به گونه ای که نمیتوان تغییران تعداد سینی و سینی خوراک را بر روی پارامترهای وابسته برج مشاهده کرد. زیرا که با تغییر تعداد سینی‌ها برج به حالت غیر فعال در می‌آید.

یکی دیگر از معایب نرم افزار Aspen HYSYS زمانی نمایان می‌شود که قصد بهینه سازی چند هدفه و لینک نرم‌افزار Aspen HYSYS و MATLAB را داشته باشیم. مخصوصا زمانی که در شبیه سازی خود برج تقطیر داشته باشیم. مشکلی که پیش می‌آید این است به علت تفاوت در سرعت حل نرم افزار Aspen HYSYS و MATLAB شبیه سازی به حالت HOLD در می‌آید.