Introduction à la Simulation des Procédés: des outils...

67
Licence d’usage dans un contexte académique, avec modification (détails: http://www.paristech.org/fr/etudier_libres_cadre-academique-2.html ) Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pour l’Ingénierie chimique. Présenté par Willy MORSCHEIDT [email protected] Maître de Conférences GC.SP.2.1 Module Génie Chimique 2 e année

Transcript of Introduction à la Simulation des Procédés: des outils...

Page 1: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Introduction agrave la Simulation des Proceacutedeacutes des outils pour

lrsquoIngeacutenierie chimique

Preacutesenteacute par Willy MORSCHEIDT

willy-morscheidtenschimie-paristechfr

Maicirctre de Confeacuterences

GCSP21 Module Geacutenie Chimique 2e anneacutee

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 2

Objectifs

bull Culture laquo simulation des proceacutedeacutes raquo

bull Vocabulaire

bull Connaissances de base pour lrsquoutilisation des simulateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 3

De quoi allons nous parlerhellip de proceacutedeacutes

bull De proceacutedeacuteshellipDeacutef laquo Un proceacutedeacute est une meacutethode une technique

utiliseacute pour la reacutealisation dune tacircche ou la fabrication dun mateacuteriaux ou dun produit fini raquo

Les chimistes srsquointeacuteressent principalement agrave la transformation

de la matiegravere =gt le cœur = reacuteaction chimique

Les ingeacutenieurs srsquointeacuteressent aux aspects techniques et

scientifiques et aux aspects lieacutes aspects eacuteconomiques

aspects environnementaux aspects sociaux gestion des

risqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

De quoi allons nous parlerhellip De simulationhellip

bull De simulationhellip

Systegraveme reacuteel

laquo piloteraquo = modegravele

expeacuterimental

Modegravele physico-chimique

Modegravele matheacutematique

Expeacuteriences =

simulations

expeacuterimentales

Simulations =

expeacuteriences

numeacuteriques

2010-2011 4

reacutealiteacute

modeacutelisation

simplification

repreacutesentation

expeacuterimentation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 5

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

6

Secteur drsquoemploihellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 2: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 2

Objectifs

bull Culture laquo simulation des proceacutedeacutes raquo

bull Vocabulaire

bull Connaissances de base pour lrsquoutilisation des simulateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 3

De quoi allons nous parlerhellip de proceacutedeacutes

bull De proceacutedeacuteshellipDeacutef laquo Un proceacutedeacute est une meacutethode une technique

utiliseacute pour la reacutealisation dune tacircche ou la fabrication dun mateacuteriaux ou dun produit fini raquo

Les chimistes srsquointeacuteressent principalement agrave la transformation

de la matiegravere =gt le cœur = reacuteaction chimique

Les ingeacutenieurs srsquointeacuteressent aux aspects techniques et

scientifiques et aux aspects lieacutes aspects eacuteconomiques

aspects environnementaux aspects sociaux gestion des

risqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

De quoi allons nous parlerhellip De simulationhellip

bull De simulationhellip

Systegraveme reacuteel

laquo piloteraquo = modegravele

expeacuterimental

Modegravele physico-chimique

Modegravele matheacutematique

Expeacuteriences =

simulations

expeacuterimentales

Simulations =

expeacuteriences

numeacuteriques

2010-2011 4

reacutealiteacute

modeacutelisation

simplification

repreacutesentation

expeacuterimentation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 5

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

6

Secteur drsquoemploihellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 3: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 3

De quoi allons nous parlerhellip de proceacutedeacutes

bull De proceacutedeacuteshellipDeacutef laquo Un proceacutedeacute est une meacutethode une technique

utiliseacute pour la reacutealisation dune tacircche ou la fabrication dun mateacuteriaux ou dun produit fini raquo

Les chimistes srsquointeacuteressent principalement agrave la transformation

de la matiegravere =gt le cœur = reacuteaction chimique

Les ingeacutenieurs srsquointeacuteressent aux aspects techniques et

scientifiques et aux aspects lieacutes aspects eacuteconomiques

aspects environnementaux aspects sociaux gestion des

risqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

De quoi allons nous parlerhellip De simulationhellip

bull De simulationhellip

Systegraveme reacuteel

laquo piloteraquo = modegravele

expeacuterimental

Modegravele physico-chimique

Modegravele matheacutematique

Expeacuteriences =

simulations

expeacuterimentales

Simulations =

expeacuteriences

numeacuteriques

2010-2011 4

reacutealiteacute

modeacutelisation

simplification

repreacutesentation

expeacuterimentation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 5

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

6

Secteur drsquoemploihellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 4: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

De quoi allons nous parlerhellip De simulationhellip

bull De simulationhellip

Systegraveme reacuteel

laquo piloteraquo = modegravele

expeacuterimental

Modegravele physico-chimique

Modegravele matheacutematique

Expeacuteriences =

simulations

expeacuterimentales

Simulations =

expeacuteriences

numeacuteriques

2010-2011 4

reacutealiteacute

modeacutelisation

simplification

repreacutesentation

expeacuterimentation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 5

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

6

Secteur drsquoemploihellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 5: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 5

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

6

Secteur drsquoemploihellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 6: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

6

Secteur drsquoemploihellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 7: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Eacutecole nationale supeacuterieure de chimie de Paris

7

Un outil largement utiliseacutehellip

La construction dune usine du virtuel au reacuteel

(1h 05 min)Anne Pouliquen

Quest ce que lingeacutenierie industrielle

(57 min)

Julien Pouillot

Source httpwwwcanal-ueducationfr

httptinyurlcom27lq4od

httptinyurlcom2d2o2h5

httptinyurlcom37nzdgh

Videos cycle de confeacuterences Quest-ce quun ingeacutenieur aujourdhui

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 8: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 8

httppubsacsorgjournaliecred

httpwwwsciencedirectcom

httpwwwtechniques-ingenieurfr

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 9: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 9

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 10: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 10

Premiegravere classification des simulateurs CFDproceacutedeacutes

bull Logiciels CFD (Computational Fluid Dynamic)

ndash Ecoulements

ndash Transferts de matiegravere eacutenergie

bull Logiciels Proceacutedeacutes

ndash Opeacuterations unitaires

ndash Reacuteacteurs

bull Autres

ndash ldquomulti-physiquerdquo (eacutelectrochimiesystegravemes complexeshellip)

ndash Thermodynamique

ndash Cineacutetique

ndash hellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 11: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 11

Exemple eacutetude de la cineacutetique dans un moteur agrave explosion

Eacutetude des reacuteactions chimiques dans un moteur agrave explosions

ex Chemkin (wwwreactiondesigncom)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 12: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-201112

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 1 simulation drsquoun reacuteacteur plasma (code propre)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 13: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 13

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Simulation drsquoun reacuteacteur plasma- Equations de transport des espegraveces- Equation de transfert drsquoeacutenergie- Equation Poisson- Cineacutetique chimique (Ar-O-C-H)

O2 O

2(

1

g) O

2(

1

g) O

3O (3P) O(

1D) O(

1S) Ar Ar(4s)

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

1E-3

001

01

1

fra

ctio

n m

ola

ire

espegraveces

ce travail

reacutefeacuterence

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 14: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 14

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Exemple 2 Etude du meacutelangeage (Mixsim-Fluent)

Reacutesolution des eacutequations de transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 15: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 15

bull Exemple 2bis Porous Reactor with Injection Needle (Comsol)

Eacutetude drsquouniteacute transfert thermique transfert de matiegravere

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 16: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 16

Conception des systegravemes de controcircle reacutegulation

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 17: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Dispersion de polluant(Aloha httpresponserestorationnoaagovindexphp)

2010-2011 17

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 18: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 18

Exemple 2 seacutecuriteacute incendie (Fire Dynamics Simulator (FDS) and Smokeview NIST)

Seacutecuriteacute impact Environnemental

httpvideogooglecomvideoplaydocid=6316142182134383084

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 19: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 19

Aspects eacuteconomiques

Banque assurance Aspects financiers

bull Estimation de la rentabiliteacute

bull Optimisation eacuteconomique

bull Variation du marcheacute

Ex anhydride phtalique

bull Prix des matiegraveres

premiegraveresproduits

bull Conversion eurodollar

bull Accord de Kyoto

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 20: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 20

Ordonnancement (systegraveme batch) Exemple Superprodesigner

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 21: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 21

Continuez la recherchehellip

Prenez un domaine drsquoapplication qui vous inteacuteresse

et prenez le temps de deacutecouvrir les outils qui sont

utilisez les questions drsquoactualiteacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 22: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 22

Simulateurs

httpwwwaspentechcom (Aspen Hysys Icarushellip)

httpwwwchemstationsnet (Chemcad)

httpwwwwinsimcom (DesignII)

httpwwwideas-simulationcomhomephp (Ideas)

httpwwwsimulationrsinet (Indiss)

httpwwwprosimnetfrindexhtml (Prosim)

httpipsinvensyscomenPagesDefaultaspx (ProII)

httpwwwintelligencom (SuperPro Designer)

hellip

httpopensourcechemeinfoindexphptopic=4msg103

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 23: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 23

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 24: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 24

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 25: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 25

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 26: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 26

4 Maitrisons les aspects techniqueshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 27: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 27

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 28: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 28

bull Le scheacutema de proceacutedeacute (process flowsheet) est le support pour analyser un proceacutedeacute Il deacutecrit le proceacutedeacute avec suffisamment de preacutecision

bullDes blocs

bullDes courants de matiegravere

bullDes courants drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 29: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011

29

bull Le scheacutema de proceacutedeacute permet drsquoeacutetudier un proceacutedeacute existant ou en projet

ndash Sur un proceacutedeacute existant il permet de la recherche des origines drsquoun disfonctionnement et les alternatives

ndash Sur un proceacutedeacute en projet il permet de drsquoeacutetudier le futur fonctionnement le dimensionnement des uniteacutes la seacutecuriteacute de lrsquoinstallation jusqursquoagrave la preacutevision de la rentabiliteacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 30: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 30

bull Lrsquoanalyse et la simulation (calculs estimations tests) sont les outils qui vont vous permettre drsquointerpreacuteter et preacutedire les performances drsquoun proceacutedeacute

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 31: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 31

Proceacutedure geacuteneacuterale

bull Validation du modegravele thermodynamiqueProprieacuteteacutes des espegraveces

bull Mise en place et optimisation du reacuteacteurOptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des opeacuterations unitaires recyclage

Veacuterification de lrsquooptimisation fonction laquo objectifraquo

bull Mise en place des controcirclesreacutegulations

sta

tique

dyn

am

iqu

e

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 32: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 32

1 Choix du modegravele

Thermodynamique

2 reacutealisation du Process Flow

Diagram (PFD)

bull Flux de matiegravere

bull Flux drsquoeacutenergie

bull Opeacuterations

52 Quelques eacuteleacutements pour les simulateurs de proceacutedeacutes

3 Deacutefinition des speacutecificationsRq Notions de degreacutes de liberteacute

Au sens matheacutematique (nb eacutequations nb inconnues)

Au sens physique (relation drsquoeacutetat hellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 33: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 33

modegravele thermodynamique

bull Le modegravele thermodynamique regroupe

ndash Les correacutelations et les donneacutees de base pour estimer les proprieacuteteacutes des composeacutes

ndash Les eacutequations permettant drsquoestimer les eacutequilibres (entre phases entre espegraveces)

ndash Les reacuteactions

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 34: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 34

Choix du modegravele thermodynamique

bull Il est neacutecessaire de choisir un laquo bon raquo modegravele thermodynamiquendash Pour preacutedire les variations des proprieacuteteacutes de fluide multi-

composeacutes en fonction de la tempeacuterature et de la pression

ndash Chaque meacutethode de deacutetermination drsquoune proprieacuteteacute est speacutecifique agrave un type de composeacute agrave un domaine de pression et de tempeacuterature

ndash Un laquo mauvais raquo choix aboutit agrave des laquo mauvais raquo reacutesultats

laquo Garbage In Garbage out raquo

ndash Le choix du modegravele thermodynamique est particuliegraverement important pour les opeacuteration de seacuteparation (distillation absorptionhellip)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 35: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 35

Eacutetapes de seacutelection

bull Choix theacuteorique de modegravele le plus adapteacute

bull Validation des reacutesultats mesures expeacuterimentales mesure en usine litteacuteraturehellip

bull Isoler les composeacutes non repreacutesenteacutes dans le modegravele Peuvent ils ecirctre neacutegligeacutes

bull Utilisation de lissage

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 36: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 36

bull Heureusement vous nrsquoecirctes pas seul

ndash Litteacuterature

ndash Documentation du simulateur

ndash Base de donneacutees (Nisthellip)

ndash Votre expeacuterience et celles de vos collaborateurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 37: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 37

Critegraveres de choixbull Proprieacuteteacutes qui ont besoin drsquoecirctre estimeacutees

bull Les composeacutes entrant dans la composition les abondancesAttention un minoritaire peut avoir un effet preacutepondeacuterant

bull Domaine de tempeacuterature et pression

bull Disponibiliteacute des modegraveles

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 38: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 38

Exemple drsquoarbre de deacutecision

Extrait de CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS Oct 1996

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 39: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 39

reacutealisation du Process Flow Diagram (PFD)

bull Le PFD (Process flow diagram) est la transposition dans le simulateur du laquo process flowsheet raquo

bull Crsquoest une repreacutesentation par blocs des opeacuterations unitaires reacuteacteurs colonneshellip et des courants de matiegravere et drsquoeacutenergie

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 40: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 40

Repreacutesentation modulaire drsquoun proceacutedeacute

Reacuteacteur

Seacutep

ara

teu

r

1

3

2

Meacutelangeur

de fluxReacuteacteur Seacuteparateur

Meacutelangeur

de flux

Diviseur

de flux

1

2

3

Process flowsheet Process Flow Diagram

2 uniteacutes 5 blocs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 41: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 41

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

S1 agrave S9=courant de matiegravere

vecteur

1 agrave C composition molaire

C+1 deacutebit molaire total

C+2 tempeacuterature

C+3 pression

C+4 enthalpie massique

C+5 fraction vapeur

C+6 fraction liquide

C+7 entropie massique

C+8 densiteacute

hellip

h1 agrave h2 =courant drsquoeacutenergie

Vecteur

1 puissance

Bloc = systegraveme drsquoeacutequations

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 42: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 42

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun courant

bull Exemple Si T P la composition sont connues alors la fraction de vapeur est connue

bull Le modegravele thermodynamique impose des eacutequations toutes les proprieacuteteacutes drsquoun courant ne peuvent pas ecirctre imposeacutees simultaneacutement

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 43: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 43

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun bloc (uniteacute)

Une opeacuteration est repreacutesenteacute par un bloc deacutefinit par un systegraveme de Nequations eacutequations les variables sont repreacutesenteacutees par les eacuteleacutements des vecteurs de chaque courants Nvariables Le degreacute de liberteacute est deacutefinit par Nd=Nvariables-Nequations

Qlt0

S1

S2

Exemple eacutechangeurS1 meacutelange toluenebenzene

fraction vapeur phi1=05

F1xb1=F2xb2

F1xt1=F2xt2

F1h1+Q=F2h2

hi=fPiphiixi

Xbi+xti=1

Nvariables=13

Nequations=7

Nd=6

(F1Xt1P1Phi1QP2)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 44: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 44

Notions de degreacute de liberteacute

A lrsquoeacutechelle drsquoun PFD Hypothegravese 1= seule variable

par courant = flux massique

meacutelangeur seacuteparateur

diviseur

reacuteacteur

meacutelangeur

S1

S2

S8

S7

S4

S6S5

S9

S3

h1

h2

Nvariables=9

Nequations=5

Nd=4

(S1S5S8S9)

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 45: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 45

Simulation statiquedynamique

Simulation statique (steady state)

Simulation dynamique (transient state)

100 kgh

100 kgh

100 kgh

kgh

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

Pas f(t)

Bilans matiegravere

Bilans eacutenergie

f(t)

Dimension des eacutequipements

Conditions initiales

relation Deacutebit-Pression

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 46: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 46

Simulation baseacutee sur eacutequations

F1

F2

F3F5 F6

F1+F2=F3

F3+F8=F4

F4=F5

F6=F5

F7+F8=F6

F7

F8

F4

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 5 = 3

F1=

F2=

F8=90 F6

NDL = VARinconnues-Neacuteqind = 8 ndash 8 = 0

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 47: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 47

II Simulation modulaire seacutequentielle

Uniteacute

module

Variables

connuesVariables

calculeacutees

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Sens du calcul

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 48: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 48

Speacutecifications= Nd

75 kgh

22 kgh

97 kgh 97 kgh 97 kgh

Speacutecification

de conception

F1

F2

F3 F5 F6 F7

F8

F4

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 49: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 49

75 kgh

22 kgh

97 kgh97 kgh

Simulation modulaire seacutequentielle

FR=025FS

FSFSFS

Flux coupeacute = tear streamFS(i) FR(i) FS( i+1)

9700 2425 12125

12125 3031 12731

12731 3183 12883

12883 3221 12921

12921 3230 12930

12930 3233 12933

12933 3233 12933

La reacutesolution des eacutequations non

lineacuteaires (colonnes etc) implique

lrsquoutilisation de meacutethodes iteacuteratives

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 50: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 50

Les modegraveles de reacuteacteur

bull CSTR bull volumebull 3 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergieRq les courants de sortie deacutetermine les

conditions dans le reacuteacteur

bull PFRbull Longueur diamegravetre

garnissage nombre de tubebull 2 courants de matiegravere

1 courant drsquoeacutenergiebull Donneacutees de transfert

thermique (modegravele eacutechangeur U Tc Dchellip)

Choix des reacuteactions parmi le modegravele thermodynamiqueCineacutetique eacutequilibre conversionhellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 51: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 51

Opeacuterations unitaires

bull Seacuteparateur

bull Colonne distillation laquo Shortcut raquo ou modegravele deacutetailleacute

bull Colonne extraction liq-liq

bull Colonne absorption

bull Eacutechangeurschauffage refroidissement TEMAhellip

bull hellip

Attention au

modegravele

thermodynamique

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 52: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 52

Outils drsquoanalyse

bull Feuille de calcul laquo spreadsheet raquoCalcul drsquoune fonction

bull Etude de cas laquo case studies raquoEtudes parameacutetriques

bull Valeur cible laquo adjust raquo

Variation drsquoune variable pour rechercher une valeur agrave ajuster

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 53: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 53

Plan du cours

1 De quoi allons nous parlerhellip

2 Importance de la simulation des proceacutedeacutes

3 Exemples drsquoapplication

4 Maitrisons les aspects techniques

5 Quelques laquo bonnes pratiques raquohellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 54: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 54

6 Quelques bonnes pratiques

httpwwwichemeorgenetworkMainFramesetaspAreaID=172

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 55: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 55

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 56: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 56

Members of the American Institute of Chemical Engineers shall uphold and advance the integrity honor and dignity of the engineering profession by being honest and impartial and serving with fidelity their employers their clients and the public striving to increase the competence and prestige of the engineering profession and using their knowledge and skill for the enhancement of human welfare To achieve these goals members shall

ndash Hold paramount the safety health and welfare of the public and protect the environment in performance of their professional duties

ndash Formally advise their employers or clients (and consider further disclosure if warranted) if they perceive that a consequence of their duties will adversely affect the present or future health or safety of their colleagues or the public

ndash Accept responsibility for their actions seek and heed critical review of their work and offer objective criticism of the work of others

ndash Issue statements or present information only in an objective and truthful manner ndash Act in professional matters for each employer or client as faithful agents or

trustees avoiding conflicts of interest and never breaching confidentiality ndash Treat fairly and respectfully all colleagues and co-workers recognizing their unique

contributions and capabilities ndash Perform professional services only in areas of their competence ndash Build their professional reputations on the merits of their services ndash Continue their professional development throughout their careers and provide

opportunities for the professional development of those under their supervision ndash Never tolerate harassment ndash Conduct themselves in a fair honorable and respectful manner

httpwwwaicheorgAboutCodeaspx

AiCHE Code of Ethics

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 57: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 57

6 Quelques bonnes pratiques

RQ Importance des laquo bonnes pratiques raquo helliples simulateur sont

des outils de prises de deacutecisions vous ecirctes responsables et les

conseacutequences sont importantes (cout proceacutedeacutes dangereux

impossibiliteacute de fonctionnementhellip)

Deux principes

- lrsquoutilisateur est responsable des deacutecisions

- lrsquoutilisateur doit avoir un avis critique sur les reacutesultats

bullD

ocum

enta

tion

bullAssis

tance

Les eacutetapes de la simulation

1 Deacutefinition du problegraveme

2 Choix du outils (simulateurs)

3 Entreacutee des donneacutees

4 Reacutesolution de la simulation

5 Veacuterifications des reacutesultats

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 58: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 58

6 Quelques bonnes pratiques

bull Deacutefinition du problegravemendash Objectifs deacutecisions

bull Etablir des objectifs clairs

bull Srsquoassurer drsquoavoir une compreacutehension globale du problegraveme agrave reacutesoudre

bull Avoir une vision des deacutecisions qui devront ecirctre prise

ndash Incertitude sensibiliteacute et marges de conception

Il ne faut pas confondre la preacutecision et la justesse

bull Explorer les situations (laquo What if raquo)

bull Tester les limites du problegraveme

bull Explorer les effets combineacutes

bull Explorer les laquo pires cas raquo et leur conseacutequence

bull Deacutefinissez des marges de conception en fonction de la sensibiliteacute et des conseacutequences

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 59: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 59

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateur

ndash Documentation

bull Lisez les documentations

bull Assurez vous de bien comprendre les limitations

bull Assurez vous qursquoun modegravele correct est utiliseacute et de la bonne maniegravere

bull La documentation doit donner des informations sur les meacutethodes utiliseacutees les domaines de validiteacutehellip

ndash Limitations et hypothegraveses

bull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 60: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 60

6 Quelques bonnes pratiques

bull Choix du simulateurndash Validation

bull Le simulateur a-t-il eacuteteacute valideacute

bull Utilisez vous la bonne version

bull Soyez suspicieuxhellip

ndash Formationbull Avez-vous eacuteteacute formeacute sur le simulateur

bull Evitez la formation laquo sur le tas raquo

ndash Limitations et hypothegravesesbull Quelles sont les limites

bull Quelles sont les hypothegraveses sont elles veacuterifieacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 61: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 61

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

bull Uniteacutes dimensionndash Assurez vous que drsquoutiliser les bonnes uniteacutes

ndash Veacuterifier les eacutequations aux dimensions

ndash Soyez vigilent au puissance de 10

ndash Veacuterifiez chaque conversion soigneusement

bull Quel est le degreacute drsquoapproximation du modegravele est il en accord avec vos objectifs

ndash Assurez vous de bien comprendre le sens de la donneacutee

bull Speacutecificationsndash Les speacutecifications sont elles coheacuterentes entre elles

ndash Les speacutecifications sont elles physiquement reacutealisables

bull Valeurs par deacutefautndash Le simulateur utilise-t-il des valeurs ou des meacutethodes par

deacutefaut

ndash Sont elles valables pour votre problegraveme

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 62: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

Petite histoire drsquoun projethellip

bull 327 million $ dont 1931 M$ de deacuteveloppement

917 m$ pour le lancement 428 M$ cout drsquoopeacuteration

bull Projet deacutebuteacute en 1985

bull Lancer le 11 deacutecembre 1998

2010-2011 62

Perdu depuis le 23 Septembre

1999hellip

Mars Climate Orbiter

Mishap Investigation Board

Phase I Report

November 10 1999

ftpftphqnasagovpubpaoreports1999

MCO_reportpdf

[hellip]The MOI engine start occurred at 090046 (UTC) on September 23 1999 All systems

performed nominally until Marsrsquos occultation loss of signal at 090452 (UTC) which

occurred 49 seconds earlier than predicted Signal was not reacquired following the 21

minute predicted occultation interval Exhaustive attempts to reacquire signal continued

through September 25 1999 but were unsuccessful

On September 27 1999 the operations navigation team consulted with the spacecraft

engineers to discuss navigation discrepancies regarding velocity change (DV) modeling

issues On September 29 1999 it was discovered that the small forces DVrsquos reported

by the spacecraft engineers for use in orbit determination solutions was low by a

factor of 445 (1 pound force=445 Newtons) because the impulse bit data contained

in the AMD file was delivered in lb-sec instead of the specified and expected units of

Newton-sec

Finally after the fact navigation estimates using all available data through loss of signal

with corrected values for the small forces DVrsquos indicated an initial periapsis (lowest point of

orbit) of 57 km which was judged too low for spacecraft survival[hellip]

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 63: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 63

6 Quelques bonnes pratiques

bull Entreacutee des donneacutees

ndash Donneacutees thermodynamiques

bull Identifiez les composeacutes et les domaines de composition pression tempeacuterature(y compris les traces)

bull Faites des eacutetudes de sensibiliteacute pour deacuteterminer la preacutecision

bull Etudiez les conseacutequences des erreurs

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 64: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 64

Drsquoougrave viennent les donneacutees domaine de validiteacute

(extrapolations)

ndash Reacuteutilisation de modegraveledonneacutees

bull La reacuteutilisation de modegraveles ou de donneacutees permet un gain de temps important

bull Mais sont-ils adapteacutes au nouveau problegraveme

ndash Reacutesumeacute des donneacutees drsquoentreacutee

bull Le problegraveme simuleacute est-il bien le problegraveme qursquoon souhaite reacutesoudre

bull Le simulateur a-t-il bien interpreacuteteacute les donneacutees

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 65: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 65

6 Quelques bonnes pratiques

bull Reacutesolution de la simulationndash Le reacutesultat est-il convergeacute

bull Les eacutequations ont-elles eacuteteacute reacutesolues convenablement

bull Quelle est la signification physique du critegravere de convergence

bull Le critegravere de convergence est-il adapteacute (trace)

bull Etude de sensibiliteacute sur les conditions initiales et les critegraveres de convergence

ndash Messages drsquoerreur et laquo warning raquobull Lire les indications les messages

bull Assurez vous comprendre les messages (documentation)

ndash Problegraveme de convergencebull Etudiez les reacutesultats intermeacutediaires

bull La simulation a-t-elle un sens

bull Reacuteduisez les contraintes sur le modegravele

bull Bien sur les reacutesultats ne doivent pas ecirctre utiliseacuteshellip

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 66: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 66

6 Quelques bonnes pratiques

bull Veacuterifications

ndash Les reacutesultats sont ils corrects

bull Les reacutesultats sont ils pertinents vis agrave vis des objectifs

bull Comparer les reacutesultats en tenant compte des eacutetudes de sensibiliteacute et des conseacutequences

ndash Les reacutesultats ont-ils un sens

bull Les reacutesultats sont ils creacutedibles et coheacuterents

bull Veacuterifier les bilan massique et les bilans drsquoeacutenergie

bull Les reacutesultats sont ils dans les domaines attendus

bull Y a-t-il des surprises Srsquoexpliquent elles

bull Recherchez les fonctionnements les reacutesultats non physiques

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip

Page 67: Introduction à la Simulation des Procédés: des outils pourcoursenligne.chimie-paristech.fr/pluginfile.php/1643/mod_resource/... ·  (Aspen, Hysys, Icarus, ...

Licence drsquousage dans un contexte acadeacutemique avec modification

(deacutetails httpwwwparistechorgfretudier_libres_cadre-academique-2html )

2010-2011 67

6 Quelques bonnes pratiques

Documentationsbull Utilisez la documentation

ndash Etude de problegravemes comparablesndash Recherchez les conditions drsquoemplois des simulateursndash Domaine de validiteacute paramegravetres neacutecessaires valeurs par deacutefautsndash Interpreacutetation des messages drsquoerreur

bull Gardez une trace eacutecrite de votre travailndash Description clair du problegraveme agrave reacutesoudre en terme techniquendash Description de lrsquoapproche de simulation employeacuteendash Reacutefeacuterences preacutecises aux documents utiliseacutesndash Les donneacutees introduites (et interpreacuteteacutees) y compris les valeurs

par deacutefaut et les uniteacutesndash Les erreurs les warnings les testshellipndash Les reacutesultats les interpreacutetations (associeacutes aux conditions)

Assistancebull Demander de lrsquoassistance

ndash Fournisseur ils sont les experts hellipndash Autour de voushellip