View
239
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Recommended