Section 2 : Principes de fonctionnement du
simulateur
Il y a deux modes de fonctionnement dans un simulateur :
statique (ou stationnaire) et dynamique. Les simulateurs statiques
résolvent des équations statiques, qui traduisent le
fonctionnement en régime permanent (à l'équilibre), tandis
que les simulateurs dynamiques, permettent d'évaluer l'évolution
des variables dans le temps, à partir de la résolution de
systèmes d'équations différentielles. Les simulateurs
industriels sur la thermodynamique les plus connus mondialement sont :
· Statiques : ASPEN PLUS® (Aspen
Technologies), Design II® (WinSim), HYSYS®
(Hyprotech), PRO/II® (Simulation Sciences),
PROSIMPLUS® (Prosim) ;
· Dynamiques : HYSYS®
(Hyprotech), ASPEN DYNAMICS® (Aspen Technologies),
Design II® (WinSim), DYMSYM®
(Simulation Sciences Inc.).
Selon le « Chemical Information Bulletin »,
Volume 44, Number 01, Winter 1992 ; les simulateurs dynamiques sont en passe de
se substituer aux simulateurs en régime permanent. Néanmoins,
tout procédé ne peut être simulé à l'aide de
ces simulateurs industriels. En effet, dans le cas de la mise au point d'un
nouveau procédé, il est généralement
nécessaire de disposer de son propre simulateur. Le concept est le
même : sur la base des propriétés thermodynamiques des
corps purs impliqués dans l'opération, et des modèles
thermodynamiques, il y a résolution des équations de bilan de
matière et d'énergie, et des relations d'équilibre
constituant le modèle. La différence vient du fait que,
généralement, seules les propriétés des corps
présents dans le procédé chimique considéré
ne sont détaillées, et que l'environnement de
développement est moins convivial : on parlera alors de simulateur
dédié (spécifique à un procédé
donné). Il a l'avantage de pouvoir avoir une totale maîtrise sur
la façon d'écrire les équations du modèle, et de
les résoudre.
Voyons à présent dans ce qui suit, les
principaux concepts de base et vocabulaires associés, qui sont
utilisés pendant les étapes de construction d'un modèle
dans le simulateur :
- « Flowsheet » : c'est un ensemble
d'objets « Flowsheet Elements » (courants de matière,
d'énergie, d'opérations unitaires, de variables
opératoires) qui constituent tout ou une partie du procédé
simulé, et qui utilisent la même base de données
thermodynamique « Fluid Package ». Le simulateur PRO/II®
possède une Architecture Multi-Flowsheet : il n'y a pas de limite par
rapport au nombre de Flowsheets.
On peut préalablement construire des Flowsheets pour
les utiliser dans une autre simulation, ou organiser la description de
procédés complexes en le scindant en sous-Flowsheets, qui sont
des modèles plus concis (ceci permet de hiérarchiser un processus
très complexe).
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Optimisation d'un procédé de déshydratation
de gaz naturel
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- « Fluid Package » : il permet de
définir les composants chimiques présents dans le
procédé simulé, et leur affecte les
propriétés chimiques et physiques contenues dans la base de
données des corps purs. Il permet aussi de définir les
modèles thermodynamiques qui seront utilisés pour le calcul des
propriétés des mélanges, et de définir les
cinétiques des réactions chimiques mises en jeu dans le
procédé.
- « Process Flow Diagram » : ce
diagramme permet de visualiser les courants et les opérations unitaires,
représentées par des symboles dans le « Flowsheet » ;
ainsi que la connectivité entre les courants, les opérations
unitaires et les tableaux des propriétés des courants.
- « Workbook » : il permet d'avoir
accès à l'information sur les courants et les opérations
unitaires, sous forme de tableau de données.
- « Desktop » : c'est l'espace
principal de l'interface du simulateur PRO/II®, pour visualiser les
fenêtres lors de la conception.
- « Property view » : il contient
l'information décrivant un objet (opération ou courant)
- « Simulation Case » (fichier de
simulation) : c'est l'ensemble des « Fluid Packages »,
« Flowsheets » et « Flowsheet Elements » qui constituent le
modèle.
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Optimisation d'un procédé de déshydratation
de gaz naturel
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Section 3 : Simulation du procédé
3. 1 - Vue d'ensemble
La construction d'un modèle pour optimisation via le
simulateur PRO/II® suit la hiérarchie de la figure 3.2 suivante
:
Figure 3.2 : Procédure de simulation
PRO/II®
Le logiciel offre une panoplie de modèles
thermodynamiques, pour le calcul des propriétés thermodynamiques,
tels que les constantes d'équilibres liquide-vapeur, les enthalpies et
les entropies, etc... ; et les propriétés physico-chimiques tels
que la masse volumique, la masse moléculaire, ...
Ces modèles utilisent des outils très divers tel
que :
? Les équations d'états de Peng-Robinson (PR),
Choe-Seader (CS), Soave-Ridliech-
Kwong (SRK).
? Les corrélations empiriques et semi empiriques de
Choe-Seader (CS) et Braun-
Grayon (BG).
? Les lois des états correspondants.
Comme nous nous disposons d'aucune information sur les
détails de calcul du cas design de l'unité SERTERE, nous avons
essayé deux modèle thermodynamiques : Peng-Robinson (PR) et
Soave-Ridliech-Kwong (SRk) qui sont les plus utilisés pour les
systèmes des hydrocarbures, et par défaut, le modèle
« Glycol ».
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Optimisation d'un procédé de déshydratation
de gaz naturel
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