книги / Design-II for Windows. ╨Ю╨┐╨╕╤Б╨░╨╜╨╕╨╡ ╨╝╨╛╨┤╤Г╨╗╨╡╨╣ ╨╛╨▒╨╛╤А╤Г╨┤╨╛╨▓╨░╨╜╨╕╤П

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Д.В. Саулин

DESIGN-II FOR WINDOWS.

ОПИСАНИЕ МОДУЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Второе издание, исправленное и дополненное

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

1

УДК 66.001.57:66.01.011:65.015.13:65.011.56:519.7

ББК 35

С21

Рецензенты:

канд. хим. наук, доцент Н.П. Углев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук А.И. Пузанов (ООО «Пеноситал», г. Пермь)

Саулин, Д.В.

С21 Design-II for Windows. Описание модулей оборудования: учеб. пособие / Д.В. Саулин. – 2-е изд., испр. и доп. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. – 104 с.

ISBN 978-5-398-01899-8

Описан порядок составления задания в операционной оболочке

Design-II for Windows (WinSim Inc.) версии 15. Приведено краткое описание основных модулей оборудования, рассмотрены их возможности, основные принципы функционирования и ограничения, даны рекомендации для пользователя.

Предназначено для использования в лабораторных и практических работах для ряда химико-технологических специальностей, а также для курсового и дипломного проектирования.

УДК 66.001.57:66.01.011:65.015.13:65.011.56:519.7

ББК 35

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Хорошо известно, что особое внимание в промышленности обращается на оптимизацию производственных процессов, так как это позволяет достичь технико-экономического эффекта с минимальными капитальными вложениями. Однако из-за высокой интеграции химико-технологических процессов их анализ и оптимизация весьма сложны и неизменно требуют применения вычислительной техники. Отсутствие соответствующего программного обеспечения, наряду с ограничением стоимости работ и времени, необходимого для выполнения работ, может привести к анализу и оптимизации только части существующей технологии или рассмотрению меньшего количества вариантов технических решений

Ранее моделирование технологических процессов и систем требовало применения языков программирования и поэтому использовалось исключительно специалистами, разбирающимися как в вопросах химической технологии, так и в вопросах моделирования и программирования. Бурное развитие мощных персональных компьютеров и интуитивных графических интерфейсов пользователя позволило создать специализированные программные оболочки, автоматизирующие сложные вычисления и наглядно отображающие результаты расчета. Сейчас в мире существует небольшой выбор конкурентоспособных программных оболочек для моделирования стационарных, динамических и периодических химико-технологических систем, которые применяются для проведения технологических расчетов, инженерного анализа и проектирования. При использовании этих программных оболочек у пользователя уже нет необходимости хорошо знать языки программирования, так как процесс составления модели производства заключается в использовании базы данных по процессам, с помощью которой пользователь на экране компьютера составляет технологическую схему, соединяя аппараты технологическими потоками.

Активное развитие компьютерного моделирования ХТС началось в конце 1950-х годов и было связано с переводом расчета материальных и тепловых балансов ХТС на компьютер. Расчеты прово-

4

дились с помощью моделирующей программы Flexible Flowsheet. В 1960–1970-х годах происходило дальнейшее развитие как самой концепции компьютерного моделирования ХТС, так и программных продуктов, реализующих данную концепцию. Кроме Flexible Flowsheet за рубежом были созданы программы Cheops, Macsim, Chess, Flowtran, Process и др. До середины 1990-х годов иностранное программное обеспечение для моделирования ХТС в России практически не применялось, что, вероятно, было связано с тем, что оно относилось к разряду высоких технологий, на которые существовало ограничение на продажу в Россию по политическим соображениям. Ряд программ для моделирования ХТС был создан и в СССР: РСС и РОСС (НИФХИ), АСТР и БАСТР (ГИАП), «Нефтехим» (ВНИПИнефть), САМХТС (НИУИФ), SYNSYS-78 (МХТИ) и др. Однако в ходе переходного периода 1990-х годов большинство отечественных программных продуктов прекратило свое существование, поэтому в настоящее время отечественные программные продукты практически не используются. Основными поставщиками программного обеспечения для моделирования ХТС

внастоящее время являются корпорации, основные офисы которых находятся в США.

Существуют два семейства программных продуктов: off-line – не взаимодействующих непосредственно с технологическим процессом и on-line – работающих с АСУТП предприятия в режиме реального времени. В отличие от программных продуктов on-line, предназначенных для решения конкретных задач на предприятии, семейство программных продуктов off-line, например Design-II for Windows, может использоваться более широко как в инженернотехнических отделах компаний, так и в отделах оперативного биз- нес-планирования. Данные программные продукты позволяют проектировать новое производство, помогают устранять узкие места

втехнологической цепочке, моделируют отдельные установки или весь завод, позволяют моделировать реконструкцию действующих установок для оценки возможностей перехода от существующей технологии к перспективной. В целях оптимизации производства или анализа существующих проблем и аварийных ситуаций эти сис-

5

темы помогают оценивать экономические аспекты производства, планировать ресурсы, продукцию и график работ.

По указанным выше причинам, с целью повышения уровня подготовки отечественных студентов-технологов, кафедра «Химические технологии» (ранее – ТНВ и ТТУМ) химико-технологического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета использует академическую версию программного про-

дукта Design-II for Windows (WinSim Inc., http://www.winsim.com)

вучебномпроцессе с2000 года.

6

1. ОПИСАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

DESIGN-II FOR WINDOWS

В настоящее время в мире существует относительно небольшой выбор конкурентоспособных программных продуктов для уточненного моделирования стационарных и динамических химикотехнологических систем. Основные принципы функционирования оболочек едины и достаточно хорошо описаны в отечественной и иностранной литературе.

На схеме (рис. 1.1) видно, что основой программного продукта данного типа является функциональное ядро системы, которое непосредственно производит расчеты материальных и тепловых балансов, обменивается данными с базами данных, производит ввод/вывод и т.п. Необходимой частью системы являются заполненные компанией-изготовителем программного продукта базы данных по чистым веществам (вязкость, плотность, теплоемкость, теплопроводность и т.п.) и по процессам (уточненные модели реакторов, смесителей, делителей, колонн ректификации, теплообменников и т.д.). Некоторые программные продукты имеют возможность расширять базы данных по веществам и по процессам, формируя временные базы данных пользователя.

Рис. 1.1. Типовая структура программного продукта для моделирования ХТС

Таким образом, имея единые основы и единую функциональную структуру, программные продукты отличаются друг от друга лишь

7

различным набором баз данных по веществам и по процессам, качеством интерфейса и возможностями ядра системы.

Особенность программного продукта Design-II for Windows соответствует названию: Design – проектирование, конструирование. На самом деле, наряду с возможностями производить моделирование и оптимизацию сложных химико-технологических систем этот программный продукт позволяет одновременно производить проектный расчет основного технологического оборудования и имеет возможности, отсутствующие у других программных продуктов:

– расчета параметров смесей аминов, позволяющих моделировать колонные аппараты с учетом кинетики массопередачи;

– уточненного расчета ректификационных колонн с определением их диаметра;

– расчета параметров теплообменников и сепараторов;

– детального определения режимов расчета каждого модуля

спомощью ключевых слов и посредством внедрения программ пользователя на алгоритмическом языке фортран;

–обработки экспериментальных данных и расчета недостающих свойств веществ по существующим свойствам и структуре веществ

содновременным созданием файла базы данных пользователя;

–возможности расширения баз данных по веществам и процессам;

–создания ХТС неограниченных размеров посредством «сшивки листов»;

–доступа пользователей к базе данных по свойствам чистых веществ (режим «справочника»), включающей: молекулярную массу, структуру, критические свойства, давление насыщенного пара, теплоту парообразования, теплоемкость идеального газа, вязкость газа и жидкости, теплопроводность газа и жидкости, удельный объем, поверхностное натяжение и др;

8

– экспорта результатов расчета в MS Excel.

Кроме того, необходимо отметить то, что стоимость лицензии Design-II for Wndows относительно невелика, так как он предназначен для использования небольшими инжиниринговыми компаниями, а политика компании по стоимости лицензии для целей обучения (академическое использование) делает данный программный продукт незаменимым в учебных заведениях. Вероятно, это достигается за счет использования более простого интерфейса пользователя, который, к сожалению, является не очень удобным и требует некоторых навыков, но никак не влияет на функциональные возможности системы, а также за счет объема баз данных по веществам и процессам, который со временем увеличивается.

К минусам данного программного продукта можно отнести отсутствие национальных версий, т.е. рабочим языком является английский, что бывает не совсем удобно для пользователя. Основная причина такой политики компании WinSim Inc., разработчика данного программного обеспечения, связана с тем, что программная оболочка обновляется несколько раз в год. При этом следует отметить, что в технических сферах английский язык является международным и пользование англоязычным программным обеспечением не вызывает особых затруднений у технических специалистов в мире.

2.ОПИСАНИЕ ОСНОВНОГО МЕНЮ

ИСТРОКИ ИМИДЖЕЙ

Как и любая задача, запускаемая в среде Windows, Design-II for Windows имеет строку «Меню» и строку «Имиджи или инстру-

менты» (Toolbar), находящиеся в верхней части экрана (рис. 2.1). Рассмотрим основные опции меню и основные «имиджи» более

детально. При этом следует отметить, что состав компонентов меню может различаться в разных версиях программы.

9