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Chapitre I : Généralités La conception et la simulation par ordinateur testent

Chapitre I : Généralités La conception et la simulation par ordinateur testent et ajustent en temps réel les produits dans un environnement virtuel proche des contraintes réelles de production. La simulation de procédés permet aux industriels d’une part d’améliorer l’efficacité et la rentabilité d’un procédé existant et d’autre part de concevoir et de simuler une nouvelle unité de production. I.1. Définition de lasimulation La simulation est définie comme étant la représentation d'un phénomène physique à l’aide de modèles mathématiques simples permettant de décrire son comportement. Autrement dit, la simulation permet de représenter par des modèles mathématiques les différents phénomènes de transfert de masse, d’énergie et de quantité de mouvement qui se produisent dans les différentes opérations unitaires. I.2. Modélisationmathématique Un modèle mathématique est composé d’une série d’équations développées dans l’objectif de décrire le comportement d’un système donné (opération unitaire : séparation de phases, fractionnement de composants, compression, détente, échange de chaleur ou autre). Ce sont des équations de conservation de masse, d’énergie et de quantité de mouvement. Ces équations peuvent être algébriques ou différentielles. 1. Utilisation du simulateur Le simulateur peut être utilisé lors de la conception d’un procèdé industriel afin de  Etablir des bilans de matière et d’énergie d’un procèdé industriel.  Dimensionner les équipements de ce procèdé. Ou bien dans le suivi des procédés qui sont déjà̀ installés afin de : • Réajuster les paramètres de fonctionnement dans le cas de changement de compositions de l’alimentation ou des conditions de fonctionnement de certains équipements. • Déterminer les performances des équipements. b. Types demodèles _ Équations différentielles représentant les bilans de matière, d’énergie et de quantité de mouvement _ Empiriques (coefficients de transfert de chaleur et de matière, facteurs de friction, la plupart des modèles thermodynamiques, etc.) c. Résolution statique et dynamique des modèles (simulation) _ Variété d’algorithmes numériques pour la résolution des systèmes d’équations différentielles _ Algorithme d’optimisation _ Etc. 2. Les variables d’états I.3. Simulateurscommerciaux Le simulateur peut être utilisé lors de la conception d’un procédé industriel afin de • Établir des bilans de matière et d’énergie d’un procédéindustriel. • Dimensionner les équipements de ceprocédé. Ou bien dans le suivi des procédés qui sont déjà installés afin de : • Réajuster les paramètres de fonctionnement dans le cas de changement de compositions de l’alimentation ou des conditions de fonctionnement de certainséquipements. • Déterminer les performances deséquipements. Il existe plusieurs logiciels de simulation des procédés chimiques sur le marché. On présente ci-après une liste non exhaustive des logiciels les plus utilisés au niveau mondial: _ Aspen+ (AspenTech) _ HYSYS (AspenTech, avantHyprotech) _ PRO II (SimSci) _ ChemCAD _ Prosim _ Ideas _ Sim 42 _ Indiss I.4. Eléments constitutifs d’un simulateur deprocédés 1. Base de données Parmi les base de données de référence ;  Base DIIPR, environ 15000 espèce chimique et 50000 propriétés de mélange.  DECHEMAR : 14000 équilibre Liq-Vap 28 point azéotrope, 5600 équilibre Liq-Liq 28500 coefficients d’activité, 5250 solubilité des gaz. 2. Serveur de propriété : contient les modèles thermodynamiques, les corrélations et permet de choisir le modèle approprié. 3. Modèle d’un appareil :Eq de bilan matière ; Eq de bilan thermique 10 mille équation non linéaire Eq de bilan constitutif ; 4. Le processeur est le cerveau de l'ordinateur, c'est lui qui organise les échanges de données entre les différents composants 5. Interface : l’ordinateur affichant les résultats. I.5. Les différentes approches utilisées pour le calcul dans le simulateur 1. Approche modulaire séquentielle classique : cette approche suit le flux de charge dans les unités. (Simulation pure). C’est la méthode la plus inductive, la résolution des équations des unités des modules se fait au sein des modules même alors que les équations de recyclage et de spécification sont résolues séparément. 2. Approche globale : utilisé pour l’optimisation, elle sert à la résolution instantané d’ensemble d’équations d’algorithme linéaire. Toutes les équations sont résolues simultanément par rapport a l’ensemble des variables (inconnu), cette méthode résolu simultanément la totalité des schémas dans un seul. 3. Approche hybride : c’est une approche modulaire simultané concerne le concept de module, elle s’approprie la rapidité de convergence de l’approche orienté équation. (problème de conception) Deux catégories de simulateur Résolution d’équation I.6. Présentation du logicielHYSYS HYSYS est un logiciel de simulation statique et dynamique des procédés (colonne de distillation, échangeur de chaleur, réacteur, …). Ce logiciel est très utilisé dans l’industrie pour le dimensionnement, la simulation et l’évaluation économique desprocédés. En ce qui concerne l’application dans le cadre de la formation licence en Génie des procédés, nous utiliserons uniquement le modèle statique. Cependant, il est intéressant d’avoir à l’esprit l’énorme potentiel de ce type de logiciel. I.7. Structure générale de HYSYS uploads/Industriel/ simulation-des-procedes-chapitre-i.pdf