وزارة اﻟﺘﻌﻠﯿﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ ﺟﺎﻣﻌﺔ ﺑﺎﺟﻲ ﻣﺨﺘﺎر ﻋﻨﺎﺑﺔ BADJI MOKHTAR ANNABA

وزارة اﻟﺘﻌﻠﯿﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ ﺟﺎﻣﻌﺔ ﺑﺎﺟﻲ ﻣﺨﺘﺎر ﻋﻨﺎﺑﺔ BADJI MOKHTAR ANNABA-UNIVERSITY UNIVERCITE BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIORAT DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE MEMOIRE PRESENTATION EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER INTITUlE Étude thermodynamique et simulation du cycle de liquéfaction d’Azote DOMAINE : SCIENCES ET TECHNIQUES FILIERE : GENIE MECANIQUE SPECIALITE : ENERGETIQUE PRESENTER PAR : AMIRAT MOHAMED CHERIF DERECTEUR DU MEMOIRE : KADRI S. (MAA) UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA DEVANT LE JURY : PRESIDENT : MZAD H. (Pr) UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA EXAMINATEURS : BOUMARAF L. (Pr) UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA DJEMILI A. (MCA) UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA KADRI S. (MAA) UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA Année: 2017/2018 En premier lieu je tiens à remercier mon DIEU, notre créateur, pour m’avoir donné la force d’accomplir ce travail. Je remercié, les plus respectueux et anticipes vont à mon encadreur MR KADRI.S pour ses conseils judicieux qui m'a dirigé et qui a été à la hauteur de sa noble tache. J'adresse avec tout mon respect mon remerciements aux L'ensemble des enseignements du département :"Génie des mécanique" Nous remercions aussi tout ce qui nous a contribués de prés ou de loin. Mohamed Chérif Dédicaces Je dédie le fruit de mes années d’études à mes très chers parents qui m’ont tout donné, de leurs amour et leurs sacrifices éternels pour que je puisse suivre mes études dans des bonnes conditions et qui ne cessent pas de m’encourager et de veiller pour mon bien, sans leurs soutient ce travail n’aurait jamais vue les jours. Et aussi à mes frères et mes sœurs chacun par son prénom, et à toute ma famille. A tous mes amis et collègues sans exception. Mohamed Chérif NOMENCLATURE LETTRES LATINES NON INDICEES Symbole Désignation Unité  La chaleur spécifique du gaz à pression constante [KJ/K.Kg]  Capacité thermique massique [KJ/K.Kg] T Température [K] R Constante universelle des gaz parfaits [KJ/mol.K] h Constante de PLANCK Sans dimension H Enthalpie massique [KJ/kg] S Entropie massique [KJ/kg.K] v Vitesse [m/s] P Pression [bar] m Masse totale du gaz [Kg] mf Masse du gaz liquéfiée [Kg] me Masse du gaz passant par l’expandeur [Kg] ET Energie totale [KJ] U Energie interne [KJ] EC Energie cinétique [KJ] EP Energie potentielle [KJ] g Gravité [m/s2] z Hauteur [m] W Travail par unité de masse [KJ/kg] φ Chaleur par unité de masse [KJ/kg]  ̇ Débit massique [Kg/s]  ̇  Débit massique de vapeur [Kg/s]  ̇  Débite massique de liquide [Kg/s]  Enthalpie de liquide [KJ/kg]  Enthalpie massique de vapeur [KJ/kg]  Enthalpie massique totale [KJ/kg]    Le travail nécessaire par unité de masse du gaz comprimée [KJ/Kg]     Le travail nécessaire par unité de masse du gaz liquéfiée [KJ/Kg]  Travail de l’expandeur [KJ/Kg]  L’apport de chaleur du milieu ambiant [KJ/Kg]  l’imperfection de récupération thermique de l’échangeur [KJ/Kg] Y La fraction de la masse du gaz passant par l’expandeur par la masse totale. sans dimension X La fraction de la masse du gaz liquéfiée par la masse totale. sans dimension PFD Process flow diagram - LETTRES GRECS Désignation Désignation Unité ε Efficacité % η rendement %  Coefficient de Joule- Thomson sans dimension  Coefficient de détente isentropique. sans dimension Liste Des Figures Chapitre I Figure I-1: Echelle de température thermodynamique……….…………...…. 4 Figure I-2: Différentes étapes vers les basses températures et leurs acteurs………………………………………………………………. 6 Chapitre II Figure II-1 : Diagramme P-V de changement de phase ……………..……. 19 Figure II-2 : Détente de joule Thomson. ……………………………………...…. 24 Figure II-3 : Les linges isenthalpiques et les points d’inversion dans le diagramme(T-P)…………………………………….………………. 25 Figure II-4 : Cycle du Linde………………………………………………….…... 27 Figure II-5 : Cycle de Linde : diagramme T-S……………………..…………… 27 Figure II-6 : Cycle de Linde : diagramme T-S…………………………..……… 28 Figure II-7 : Cycle de Linde……………………………………………………… 29 Figure II-8 : Cycle de Brayton inverse……………………………………….….. 29 Figure II-9 : Schéma de cycle de Linde et de cycle de Brayton inverse……..…. 29 Figure II-10 : Schéma de principe de cycle de Claude………………………….... 30 Figure II-11 : Diagramme (T-S) de cycle de Claude……………………………… 30 Figure II-12 : Echangeur cryogénique principale bobinés…………………….… 32 Chapitre III Figure III.1 : Système thermodynamique en régime permanant………….……. 37 Figure III.2 : Schéma de cycle de Linde et le diagramme T-S……………….….. 37 Figure III.3 : Volume de contrôle C1……………………………………….……. 38 Figure III.4 : Volume de contrôle C2………………………………………….…. 39 Figure III.5 : Volume de contrôle C3…………………………………….………. 40 Figure III.6 : Volume de contrôle C4……………………………………….……. 41 Figure III.7 : Schéma de cycle de CLAUDE et le diagramme T-S……………… 42 Figure III.8 : Volume de contrôle C5………………………………………….…. 42 Figure III.9 : Schéma du cycle de Linde avec les pertes de l’imperfection et le rapport de chaleur de milieu ambiant…………………………….. 46 Figure III.10 : Diagramme de quantité du liquide extraite en fonction de taux de compression………………………………………………..…….. 53 Figure III.11 : Diagramme de quantité du liquide extraite en fonction de température d’entrée………………………………………….…… 61 Figure III.12 : Schéma simplifie d’échangeur contre courant…………………… 61 Figure III.13 : Diagramme de distribution de température…………………….… 62 Figure III.14 : Schéma de cycle de Linde et le diagramme T-S avec les pertes d’imperfection………………………………………………………. 62 Figure III.15 : Diagramme de quantité du liquide extraite en fonction de l’efficacité de l’échangeur de chaleur……………………………… 65 Chapitre IV Figure IV.1 : fenêtre de sélectionner des composées…………………………...…. 68 Figure IV.2 : fenêtre de choisir le modèle thermodynamique……………………. 69 Figure IV.3 : le choie de modèle thermodynamique « Peng-Robinson »…….…. 69 Figure IV.4 : la feuille du procédé…………………………………………………. 70 Figure IV.5 : PFD (Process Flow Diagram) de Cycle de Linde pour la liquéfaction de l’Azote……………………………………….……… 72 Figure IV.6 : Diagramme flux de chaleur en fonction de la température….……. 74 Figure IV.7 : Diagramme DTLM (différence logarithmique moyen de température) en fonction de la température……………………..… 75 Figure IV.8 : Diagramme le coefficient d’échange global en fonction de la température…………………………………………………….…….. 75 Figure IV.9 : Diagramme Enthalpie en fonction de la température…………..… 76 Figure IV.10 : PFD (Process Flow Diagram) de Cycle de CLAUDE pour la liquéfaction de l’Azote N2 ………………………………………..…. 78 Figure IV.11 : Diagramme flux de chaleur en fonction de la température au de l’échangeur 1……………………………………………………...….. 81 Figure IV.12 : Diagramme flux de chaleur en fonction de la température au de l’échangeur 2………………………………………………..……….. 81 Figure IV.13 : Diagramme flux de chaleur en fonction de la température au de l’échangeur 3……………………………………………..………….. 82 Liste Des Tableaux Chapitre II Tableau II.1 : Conditions critiques des gaz permanents……………………...….. 20 Tableau II.1 : Domaines d’utilisation des gaz industriels…………………..….... 22 Chapitre III Tableau III.1 : Les paramètres (P, T, H et S) aux chaque points figuratifs du cycle pout Pr=200…………………………………………………... 47 Tableau III.2 : Les paramètres (P, T, H et S) aux chaque points figuratifs du cycle pour Pr=150………………………………………………….. 49 Tableau III.3 : Les paramètres (P, T, H et S) aux chaque points figuratifs du cycle pour Pr=100………………………………………………….. 51 Tableau III.4 : Influence de taux de compression sur les paramètres du cycle de Linde……………………………………………………………..…. 53 Tableau III.5 : Les paramètres (P, T, H et S) aux chaque points figuratifs du cycle pour T1=290 0K………………………….…………………… 54 Tableau III.6 : Les paramètres (P, T, H et S) aux chaque points figuratifs du cycle pour T1=2800K………………………………………………. 56 Tableau III.7 : Les paramètres (P, T, H et S) aux chaque points figuratifs du cycle pour T1=273 0K…………………………………….………… 58 Tableau III.8 : Influence de température d’entre de compresseur sur les paramètres du cycle de Linde……………………………...……… 60 Tableau III.9 : Paramètres du cycle de Linde…………………………...………… 63 Tableau III.10 : Les résultats d’influence de l’efficacité de l’échangeur de chaleur sur les paramètres du cycle de Linde………………….… 65 Chapitre IV Tableau IV. 1: Résultat de simulation par HYSYS pour cycle de LINDE………. 73 Tableau IV. 2: Résultat de simulation par HYSYS pour cycle de CLAUDE……. 80 Résumé Résumé L’objectif de ce travail est l’étude thermodynamique de déférentes étapes du procédé de liquéfaction d’azote et la recherche des facteurs affectant sur le cycle LINDE pour obtenir un meilleur rendement et un meilleure efficacité, le cycle cryogénique de Linde au de Claude est appliqué à la liquéfaction de devers gaz industriel, Le travail suivant vise à simuler le cycle cryogénique de Linde et Claude à l’aide de logiciel Aspen HYSYS Mots clé : thermodynamique, cycle de Linde, cryogénie, cycle de Claude Abstract The objective of this work is the thermodynamic study of different stages of the nitrogen liquefaction process and the search for factors affecting the LINDE-HAMPSON system to obtain a better yield and a better efficiency, the cryogenic cycle of LINDE-HOMPSON and CLAUDE is Applied to the liquefaction of industrial gas spills, The following work aims to simulate the cryogenic cycle of LINDE-HAMPSON and CLAUDE using Aspen HYSYS software Key words: thermodynamics, Linde’s cycle, cryogenics, Claude’s cycle ﻣﻠﺨﺺ اﻟﮭﺪف ﻣﻦ ھﺬا اﻟﻌﻤﻞ ھﻮ دراﺳﺔ اﻟﺪﯾﻨﺎﻣﯿﻜﯿﺔ اﻟﺤﺮارﯾﺔ ﻟﻤﺮاﺣﻞ ﻣﺨﺘﻠﻔﺔ ﻣﻦ ﻋﻤﻠﯿﺔ ﺗﻤﯿﯿﻊ اﻟﻨﯿﺘﺮوﺟﯿﻦ واﻟﺒﺤﺚ ﻋﻦ اﻟﻌﻮاﻣﻞ اﻟﺘﻲ ﺗﺆﺛﺮ ﻋﻠﻰ دورة ﻟﯿﻨﺪ .ﺗﻢ ﺗﻄﺒﯿﻖ دورة ﻟﯿﻨﺪ و دورة ﻛﻠﻮد ﻟﺘﻤﯿﯿﻊ ﻣﺨﺘﻠﻒ اﻟﻐﺎزات اﻟﺼﻨﺎﻋﯿﺔ ، ﯾﮭﺪف Aspen HYSYS اﻟﻌﻤﻞ اﻟﺘﺎﻟﻲ إﻟﻰ ﻣﺤﺎﻛﺎة دورة اﻟﺘﺒﺮﯾﺪ ﻟﯿﻨﺪ ﺑﺎﺳﺘﺨﺪام ﺑﺮﻧﺎﻣﺞ اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﯿﺔ: اﻟﺪﯾﻨﺎﻣﯿﻜﺎ اﻟﺤﺮارﯾﺔ ، دورة ﻟﯿﻨﺪ ، دورة اﻟﺘﺒﺮﯾﺪ ، دورة uploads/Litterature/ oz-r-ltaal-m-laa-ly-o-lbhth-laalmy-faculte-des-sciences-de-l-ingeniorat-departement-de-genie-mecanique-memoire.pdf

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littérature cycle liquéfaction chapitre température l’azote
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