نرم افزارهای شبیه سازی صنایع شیمیایی

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی شیمی

نرم افزارهای مورد استفاده در شبیه سازی صنایع شیمیایی

امروزه سیستمهای كامپیوتری نقش عمده ای در تسریع و ارتقای كیفیت فعالیت های مهندسی از جمله طراحی و ساخت كارخانجات واحدهای تولیدی و راهبری آنها دارند. بطوری كه اكنون ارایه خدمات مهندسی خواه در دفاتر طراحی و دفاتر كارفرمایان، و خواه از شركتی به شركت دیگر بدون دخالت كامپیوتر و نرم افزار ها در مراحل مختلف برآورد و انجام محاسبات، نقشه كشی، تولید و انتقال مدارك و مدیریت اطلاعات و اسناد، خارج از عرف و تقریباً بی معناست.

از آنجا كه این روش موجبات صرفه جویی در وقت و هزینه­ ها را فراهم می­آورد، لذا بطور طبیعی مورد استقبال عمومی مدیران بخش صنعت قرار گرفته است. با روشن­تر شدن مزایای بكارگیری كامپیوتر در این امور و پیدایش كاربردهای جدید برای آن، هر روز افراد بیشتری به استفاده از آن بجای ادامه روش­های سنتی تمایل نشان می دهند.

یكی از كاربردهای مؤثر كامپیوتر در صنایع شیمیایی، شبیه سازی واحدهای تولیدی بوسیله نرم افزارهای خاص است. این زمینه با توجه به جو رقابتی بازارهای جهانی و نیز حركت هایی كه در زمینه افزایش بهره وری تولید، استفاده هرچه بهتر از منابع و كاهش هزینه ها مشاهده می­شود، طی سال­های اخیر رشد چشمگیری یافته، اما هنوز بسیاری از مزایای این كار شناخته نشده است.

منظور از مدلسازی فرایند، توصیف ماهیت سیستم تولید (یعنی موازنه های جرم و انرژی) در قالب معادلات ریاضی است. خصوصیت های اصلی مدلهای خوب، دقیق بودن، كمی بودن و مختصر بودن است. البته مدلهای كم دقت، كیفی، یا مفصل نیز كاربردهای ویژه ای دارند كه از بحث عمومی این نوشتار خارج است. این معادلات عموماً غیرخطی و به شكل معادلات جبری، دیفرانسیل یا مخلوطی از این دو هستند. در نرم افزارهای امروزی شبیه سازی، اینگونه مدلها در قالب عملیات مختلف در كتابخانه ای ذخیره شده اند كه از كنار هم قرار دادن آنها، مدلی از فرایند ساخته میشود. شبیه سازی، یعنی بدست آوردن اطلاعات خروجی (بطور مثال مشخصات محصول) از طریق حل مدلهای فوق براساس اطلاعات ورودی (به طور مثال مشخصات خوراك)، در این میان، اطلاعات مربوط به مشخصات دستگاه ها جزیی از مدل بشمار میروند و قسمتی از آنها توسط كاربر به نرم افزار داده میشود.

بطور سنتی، پژوهش درباره روشها یا سیستمهای جدید تولید به كمك واحدهای پیشتاز انجام می شده است. اما نظر به هزینه زیاد ساخت و نگهداری این واحدها، از چندین سال پیش، فكر استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی برای كاستن از این هزینه ها مطرح شده است. با بكارگیری این نرم افزارها میتوان گزینه های مختلف خط تولید را بررسی كرد، افزایش ظرفیت واحد را مورد مطالعه قرار داد و در نهایت، واحد پیشتاز را بهینه طراحی كرده و ساخت. از طرف دیگر، بخشهایی از فرآیند را كه با شبیه سازی آنها اطلاعات كافی برای طراحی واحد بدست می آید، می توان از واحد پیشتاز حذف کرد.همچنین ازاشتباهات پرخرج در طراحی و ساخت واحدهای پیشتاز پیشگیری كرد. امروزه به نحو گسترده ای از نرم افزارهای شبیه سازی در طراحی فرایند استفاده میشود. كاربردهای این نرم افزارها در این حوزه از حیث گستردگی كار از محاسبه ساده خصوصیات ترموفیزیكی جریانها یا حتی مواد خالص شروع شده و به طراحی كارخانجات كامل با در نظر گرفتن تاسیسات جانبی، خطوط لوله تامین خوراك، یا انتقال محصول، و بررسی سیستم­های كنترل می­رسد. از آنجا كه این روش از محاسبات دستی ساده­تر، سریع­تر و دقیق­تر است، با تكرار آن در شرایط مختلف به سهولت و با صرف زمان بسیار كمتری می­توان مجموعه كاملی از عملكرد فرآیند در حالت­های مختلف را پیش بینی كرده و از این طریق، ضمن كاهش هزینه های اضافی سرمایه گذاری ثابت (دستگاههای اضافی) و كاستن از هزینه های عملیاتی (مصرف آب، انرژی و …)، قابلیت انعطاف بیشتری را در طرح فرایند بوجود آورده و نقطه بهینه از لحاظ هزینه ها، روانی عملیات، ایمنی، محیط زیست و غیره را بدست آورد.

افزون بر این، از آنجا كه طراحی فرایند از طراحی دستگاه ها و تجهیزات مكانیكی، پایپینگ، ابزار دقیق، سیستم های برقی و سازه و ساختمان جدا نیست، از اطلاعات حاصل از شبیه سازی در حالتهای مختلف می­توان برای كمك به طراحی این سیستمها نیز بهره گرفت. نرم افزارهای جدید شبیه سازی از قابلیت اتصال به نرم افزارهای طراحی این سیستم ها و انتقال اطلاعات به آنها بهره مند هستند. علاوه بر این،
در كارخانجات موجود با كمك نرم افزارهای شبیه سازی می توان فرایند تولید را مورد بررسی و ارزیابی موشكافانه قرار داده و از این طریق، بطور كلی عملیات را بهبود بخشید. در صورتی كه از نرم افزارهای پیشرفته­تر استفاده شود، امكان بهینه­سازی در جا بر اساس شرایط تولید (مانند دمای خوراك و شرایط اقلیمی) نیز وجود دارد.

كاستن از مواد و انرژی مصرفی نیز از جمله مطالعاتی است كه می­توان به كمك این نرم افزارها انجام داد. اما یكی از كاربردهای بسیار مهم استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی كشف حداكثر ظرفیتهای تولیدی موجود و قابل استفاده در خط تولید است كه گاه بهره گیری از آنها هزینه ای بسیار كم و درآمدی قابل توجه دارد. در همین زمینه میتوان تنگناهای فرایند را نیز شناسایی كرد و به رفع آنها همت گماشت.

یكی از كاربردهای جدید نرم افزارهای شبیه سازی، بررسی صحت عملكرد سیستم­های كنترل موجود و تنظیم مجدد آنها است. این كار به كمك نرم افزارهای شبیه سازی دینامیك انجام میشود. با ظهور نرم افزارهای پیشرفته تر جدید كه امكاناتی از قبیل توسعه پذیری، شكل پذیری، اتوماسیون، اتصال به نرم افزارهای دیگر و پایگاه های داده ها، گنجاندن مدلهای نزدیك به واقعیت در آنها و توانایی های ترسیمی و ارزیابی وسیعی را در اختیار قرار داده اند، نه تنها این كاربردها گسترش بیشتری یافته بلكه استفاده از منافع این كار با سرعت و بازدهی بیشتری نیز همراه شده است.