ChapitreIV:
Simulation
IV.1. Présentation des simulateurs PRO II et
HYSYS
IV.1.1. Définitions
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 les
différents phénomènes : transfert de matière et de
chaleur, se dans les différentes opérations unitaires par
modèles thermodynamiques, qui traduisent leur comportement par
l'intermédiaire de résolution des équations
analytiques.
IV.1.2. Modèle thermodynamique?
Le modèle thermodynamique est composé par une
série d'équations développées dans l'objectif de
décrire le comportement d'un système en évolution
(opération unitaire : séparation de phases, fractionnement de
composants, compression, détente, échange de chaleur ...etc,),ce
sont des équations de conservation de masse, d'énergie et de
quantités de mouvement,ces équations peuvent être
algébrique ou différentielles.
Le développement de l'informatique dans le domaine de
simulation nous permet de résoudre le problème de calcul manuel
long, en utilisant comme outil les logiciels de simulation.
Le simulateur peut être utilisé lors de la
conception d'un procédé industriel afin de :
v' Etablir les bilans de matière et d'énergie ;
v' Dimensionner les équipements de ce
procédé ;
Ou bien dans le suivi des procédés
déjà existants afin de :
v' Réajuster les paramètres de fonctionnement
dans le cas de changement de composition
de l'alimentation ou les conditions de fonctionnement d'un
certain équipement ; v' Déterminer les performances des
équipements.
La structure générale du simulateur est la
suivante :
Banque de données
des
propriétés
physiques
Modèles
thermodynamiques
Solution
Optimisation
Etude économique
Modèles numériques
Données
Modèles des
opérations
Unitaires
Interface d'utilisation
Figure 27 : Structure générale d'un
simulateur.
Les simulateurs existants tels que Aspen Plus, ChemCAD, HYSYS,
PRO II sont les plus vendus et qui deviennent de plus en plus indispensables
pour concevoir de nouvelles
unités et pour optimiser les procédés
industriels qui fonctionnent parfois loin de leur optimum [15].
Cela dit, les simulateurs HYSYS et PROII sont les plus
performants simulateurs utilisés dans l'industrie
pétrolière.
IV.1.3. Les simulateurs HYSYS et PRO II :
L'utilisation des simulateurs HYSYS et PROII se fait de la
façon suivante :
v' L'utilisateur doit spécifier les constituants du gaz,
du liquide ou du mélange; v' Il choisit un modèle thermodynamique
;
v' Il doit établir le schéma du
procédé (PFD) ;
v' Il doit aussi spécifier les paramètres
nécessaires pour le calcul de chaque opération unitaire ;
v' Le simulateur résout le schéma de
procédé ;
v' Le simulateur peut aussi dimensionner quelques
équipements.
Et pour la réalisation de celle-ci, HYSYS et PRO II
contiennent :
1' Une bibliothèque de modèle de calcul des
propriétés physiques et thermodynamique
des corps purs et des
mélanges, couplée à une banque de données de corps
purs ;
v' Une bibliothèque de module standard de simulation des
opérations unitaires les plus couramment présentés dans un
procédé de fabrication;
1' Une bibliothèque de modules de méthodes
numériques algébriques ;
1' Une bibliothèque de modules de génération
de diagnostiques.
Étant donné que PRO II (Simulation Sciences Inc,)
et HYSYS (Hyprotech) ne sont pas délivrés par le même
fournisseur ; il est important de citer la légère
différence dans les bibliothèques des propriétés
physiques des corps purs, ainsi que les corrélations utilisées
pour le calcul des propriétés critiques des constituants purs.
A titre indicatif, le tableau 2 représente une
comparaison entre les deux bibliothèques pour quelques constituants purs
:
Tableau 2 : comparaison des propriétés
physiques de PRO II et HYSYS [16].
|
Poids moléculaire
(kg/mol)
|
Masse volumique
(kg/m3)
|
T ébullition (°C)
|
|
HYSYS
|
PRO II
|
HYSYS
|
PRO II
|
HYSYS
|
H2O
|
18,02
|
18,02
|
997,46
|
997,99
|
100
|
100
|
N2
|
28,01
|
28,01
|
807,96
|
806,37
|
-195,81
|
-195,8
|
CO2
|
44,01
|
44,01
|
816,43
|
825,34
|
-78,48
|
-78,55
|
C1
|
16,04
|
16,04
|
299,7
|
299,39
|
-161,49
|
-161,52
|
|
30,07
|
30,07
|
355,04
|
355,68
|
-88,6
|
-88,6
|
C3
|
44,1
|
44,1
|
505,79
|
506,68
|
-42,04
|
-42,1
|
nC4
|
58,12
|
58,12
|
584,34
|
583,22
|
-0,5
|
-0,5
|
|
Le tableau ci-dessous, illustre les propriétés
critiques (température et pression critiques);
ainsi que le facteur acentrique w; calculés à
partir des données (poids moléculaire et masse volumique dans cet
exemple) :
Tableau 3 : Comparaison des propriétés
critiques dans HYSYS et PRO II [16].
|
Tc (°C)
|
Pc (bar)
|
Facteur acentrique
|
|
HYSYS
|
PRO II
|
HYSYS
|
PRO II
|
HYSYS
|
H2O
|
373,98
|
374,15
|
220,55
|
221,2
|
0,3449
|
0,344
|
N2
|
-146,95
|
-146,96
|
34
|
33,94
|
0,0377
|
0,04
|
CO2
|
31,06
|
30,95
|
73,83
|
73,7
|
0,2236
|
0,2389
|
C1
|
-82,59
|
-82,45
|
45,99
|
46,41
|
0,0115
|
0,0115
|
|
32,17
|
32,28
|
48,72
|
48,84
|
0,0995
|
0,0986
|
C3
|
96,68
|
96,75
|
42,48
|
42,57
|
0,1523
|
0,1524
|
nC4
|
151,97
|
152,05
|
37,96
|
37,97
|
0,2002
|
0,201
|
|
L'utilisateur peut fonctionner le simulateur en mode
stationnaire (steady state) ou en mode dynamique (dynamic).
Les simulateurs ont été conçus pour
permettre le traitement d'une vaste gamme de problèmes allant des
séparateurs bi et tri phasiques simples jusqu'à la distillation
et la transformation chimique.
A titre d'exemple, l'interface du simulateur HYSYS pour la
production du propylène glycol est la suivante :
Figure 28 : L'interface du simulateur
HYSYS.
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