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Dissertations / Theses on the topic 'Colonne de distillation'
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Varga, Viktória Gerbaud Vincent Rév Endre. "Distillation extractive discontinue dans une colonne de rectification et dans une colonne inverse." Toulouse : INP Toulouse, 2007. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000406.
Full textAbstract:
Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie chimique : Toulouse, INPT : 2006. Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie chimique : Budapest, Université des sciences techniques et économiques : 2006.Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 96 réf.
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Varga, Viktória. "Distillation extractive discontinue dans une colonne de rectification et dans une colonne inverse." Toulouse, INPT, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000406/.
Full textAbstract:
La thèse est consacrée à l'analyse de faisabilité systématique de la séparation des mélanges binaires azéotropiques (de point d'ébullition minimale et maximale) et ceux à faible volatilité relative en distillation extractive discontinue dans une configuration de colonne de rectification et dans une configuration de colonne de strippeur. Des tiers corps léger, intermédiaire et lourd sont appliqués pour la réalisation de la séparation dans chaque cas. La distillation extractive hétérogène discontinue avec un tiers corps lourd est aussi étudiée. Des méthodologies générales d'étude de faisabilité sont présentées sous la forme d'organigrammes pour ces procédés dans la configuration d'une colonne de rectification et d'une colonne de distillation inverse (strippeur). Des tableaux récapitulatifs contiennent tous les résultats obtenus dans l'analyse de faisabilité, notamment les conditions de faisabilité, les paramètres limitants et les étapes opératoires. Plusieurs points clefs de l'analyse de faisabilité sont validés par des résultats expérimentaux et par simulationThis thesis deals with the systematic feasibility analysis of the separation of minimum-boiling azeotropes, maximum-boiling azeotropes and the low relativ voltatility mixtures in batch extractive distillation in a rectifier and in a stripper. Light, intermediate and heavy entrainers are applied in each case to realise the separation. Moreover, batch heterogeneous extractive distillation with heavy entrainer is studied here. General feasibility methodology is developped for the rectifier and for the stripper presented in organigrammes. Summarized tables show all the results provided by the feasibility analysis, namely, the feasibility conditions, the limiting operational parameters and the separation sequence. The main results of the feasibility analysis are justified by simulations and experiments
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Kheder, Issa. "Analyse, modélisation rigoureuse et simulation dynamique d'une colonne de distillation par approche hybride." INSA de Rouen, 2006. http://www.theses.fr/2006ISAM0018.
Full text
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Stéger, Csaba Meyer Michel Lelkes Zoltán. "Distillation continue extractive et réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire." Toulouse : INP Toulouse, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000358.
Full textAbstract:
Reproduction de : Thèse de doctorat : Genie des procédés et de l'environnement : Toulouse, INPT : 2006. Reproduction de : Thèse de doctorat : Genie des procédés et de l'environnement : Budapest, Université des Sciences techniques et économiques : 2006.Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 110 réf.
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Stéger, Csaba. "Distillation continue extractive et réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire." Toulouse, INPT, 2006. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000358/.
Full textAbstract:
La thèse est consacrée à l'étude de deux procédés hybrides importants du point de vue de l'intensification des procédés : la distillation extractive discontinue (DED) et la distillation reactive discontinue (DRD). La faisabilité de la séparation d'un mélange azéotropique à maximum a été montrée en utilisant un solvant intermédiaire dans une configuration traditionnelle de la DED. Une nouvelle configuration avec une alimentation inversée est présentée et sa plus grande efficacité a été prouvée. Une méthode de faisabilité générale est développée dans la deuxième partie de la thèse pour la DRD. La déduction des équations de modèle et un algorithme pour les résoudre sont présentés. La nouvelle méthodologie a été validée sur deux systèmes réactifs. Les résultats ont été validés par des simulations dans les deux cas et expérimentalement pour la DEDThe thesis deals with two hybrid processes from the viewpoint of feasibility : batch extractive distillation (BED) and batch reactive distillation (BRD). Both processes are important from the viewpoint of process intensification. Separation of a maximum boiling azeotrope with intermediate boiling entrainer and the traditional BED configuration is found feasible. A novel configuration of BED, namely the inversed-fed BED (IBED), is also proposed and found more efficient for the studied mixture than the traditional one. Sensitivity analyses are performed for both configurations with commercial simulator (ChemCAD). Feasibility of the BED configuration is validated experimentally, as well. A general feasibility method of BRD is presented in the second part of the thesis. The derivation of the reactive model equations and their solution algorithm is presented. The new methodology is presented on two reactive systems, and the main results are validated by dynamic simulation runs
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Woinet, Rémy. "Modélisation et commande d'une colonne de distillation soumise à de fortes variations de charge." Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO19003.
Full textAbstract:
Notre travail est une contribution a l'etude comparative d'algorithmes de controle en qualite de colonnes a distiller, validee par la conduite experimentale d'un pilote de distillation continue, soumis a de fortes variations de charge. Les lois de commande lineaire etudiees sont la regulation proportionnelle integrale et derivee, le retour d'etat par modele interne et la commande adaptative avec estimation des parametres par algorithme a trace constante et controle par placement de poles. Cote non lineaire nous appliquons une technique de rejet de perturbations par retour d'etat avec un decouplage des entrees sorties et la minimisation des commandes sous contraintes. Enfin une approche bilineaire du modele physique avec retour d'etat associe a une observateur non lineaire conduit a une stabilite globale du systeme avec des reponses dynamiques encore plus regulieres. Notre etude montre la superiorite des techniques non lineaires. Nous insistons egalement sur les difficultes de mise en uvre pratique et le haut niveau de competence scientifique qu'entrainent ces techniques nouvelles. C'est pourquoi une commande plus classique de retour d'etat par modele interne doit etre soulignee pour sa robustesse, ses performances fort satisfaisantes et sa grande simplicite de mise en uvre
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NEVES, JUNIOR FLAVIO. "Supervision et commande des phases transitoires des processus industriels : application a une colonne de distillation." Toulouse 3, 1998. http://www.theses.fr/1998TOU30181.
Full textAbstract:
La methodologie proposee recouvre les problemes de modelisation, de commande et de supervision des processus complexes, multi-variables et non-lineaires. Cette methodologie utilise l'approche qualitative et permet de traiter les phases transitoires des processus industriels, qui presentent des dynamiques difficiles a modeliser. La solution qualitative est definie dans un contexte global de la conduite de ces processus. Ainsi, les valeurs qualitatives des variables sont utilisees a tous les niveaux, de la commande a la supervision. L'analyse qualitative traite les variables selon leur classe : erreur, magnitude et taux d'evolution. En ce qui concerne le probleme de commande, la loi de commande proposee utilise des donnees qualitatives. Une arithmetique floue saturee permet que les resultats des operations respectent les contraintes physiques des entrees et des sorties. Il y a un suivi permanent des modes de fonctionnement des boucles de commande par des methodologies specifiques de supervision. A partir des donnees passees on deduit les comportements du systeme, qui sont utilises pour changer le parametre de reglage de la loi de commande. Ensuite un algorithme de prediction qualitative, associe a des filtres qualitatifs, permet de compenser des comportements indesirables. Comme les modeles qualitatifs sont lineaires, les comportements predits ont une validite determinee par une fenetre de prediction variable. Au niveau de la supervision, les recettes de demarrage, d'arret et de recuperation apres perturbation sont representees par des automates hybrides. Les modeles qualitatifs et la commande heterogene sont associes aux etats de l'automate, afin de verifier si les etats predits correspondent aux evenements attendus de la recette. La recette obeit a la sequence generee par un automate en tenant compte du comportement continu du systeme, qui est le resultat de la simulation qualitative. La supervision du processus est faite par la proposition des consignes non determinees dans les recettes.
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Steger, Lukacs Timea. "Etude de la distillation réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire avec des réactions consécutives." Thesis, Toulouse, INPT, 2009. http://www.theses.fr/2009INPT046G/document.
Full textAbstract:
La distillation réactive est l’un des procédés chimiques intensifiés les plus reconnus, qui intègre la séparation et la réaction au sein d’un même appareil. Les principaux avantages de la distillation réactive concerne l’amélioration de la conversion de la réaction, la diminution significative des investissements, des coûts de fonctionnement, de la consommation énergétique, et de la production de sous produits. Une méthodologie de conception systématique, générale et hiérarchisée de la distillation réactive discontinue avec des réactions consécutives est présentée dans ce manuscrit. La méthode élaborée est présentée sur la transestérification du carbonate de diméthyle par le procédé de distillation réactive discontinue dans une colonne avec un bac intermédiaire. Après l’acquisition de données phisicochimiques de base nécessaire à notre méthode, une nouvelle méthode de l’analyse de faisabilité pour les systèmes multiréactifs et multiconstituant a été développée. L’étape suivante est l’analyse de sensibilité afin d’explorer les effets des paramètres du procédé. Une configuration faisable, qui est entièrement réactive avec une alimentation dans la partie supérieure et inférieure de la colonne et avec un bac intermédiaire a été choisie et étudiée au cours de l’analyse de sensibilité par des simulations rigoureuses effectuées en utilisant le logiciel ProSIM BatchReactive distillation, a process integrating separation and reaction in a single unit, is one of the best known intensified chemical processes. Major advantages of reactive distillation include higher conversion, reduced investment, operating costs, energy consumption, and quantity of secondary products. A systematic and hierarchic general methodology for conceptual design of multireactive batch reactive distillation (BRD) is presented in this manuscript. The elaborated method is presented on the transesterification of dimethyl carbonate by the process of batch reactive distillation in a middle vessel column.After collecting the physico-chemical basic data necessary for our method, the new method of feasibility analysis for multicomponent and multireactive systems has been developed. The next step is the sensibility analysis, when the effects of the process parameters are analysed. As a configuration feasible a fully reactive configuration of middle vessel column with entrainer feeding to the upper and lower column sections is studied by simulations using ProSIM Batch
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Messaoudene, Abdelhamid. "Conception et réalisation d'un simulateur de colonne garnie fonctionnant sous pression atmosphérique et sous pression réduite." Lyon, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAL0060.
Full textAbstract:
La fabrication d'un nombre toujours croissant de produits organiques de masses moléculaires élevées fait que la distillation sous pression réduite tient une place de plus en plus importante comme procédé de séparation des constituants. Pour éviter les dégradations thermiques dans les colonnes, les paramètres les plus importants sont la perte de charge et le temps de séjour. La réalisation d'un simulateur permettant de déterminer avec le mélange air - eau et sous différentes pressions les paramètres hydrodynamiques pour n'importe quel mélange à séparer est particulièrement intéressante. Après une partie bibliographique essentiellement consacrée à la distribution des temps de séjour, une étude complète de référence avec un mélange test a été effectuée dans une colonne pilote fonctionnant sous pression réduite et garnie d'anneaux Raschig. La partie principale décrit le simulateur et rapporte les résultats obtenus avec le même garnissage. Les principaux paramètres hydrodynamiques tels que les pertes de charge, les retenues, les débits d'engorgement ont été pris en considération. La colonne garnie a été considérée comme un réacteur et les résultats sur la distribution des temps de séjour ont été rapportés en utilisant le critère de PECLET. Une comparaison avec les modèles théoriques montre que la colonne garnie se comporte comme une association de réacteurs parfaitement agités en série. Une comparaison entre les résultats en colonne réelle et ceux obtenus avec le simulateur permet d'affirmer qu'en tenant compte de certaines propriétés physiques des constituants, il est possible d'estimer à partir des seules mesures sur le simulateur quelles seront les performances réelles des mélanges dans une colonne de distillation réelle. . .
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Soulaine, Cyprien. "Modélisation des écoulements dans les garnissages structurés : de l'échelle du pore à l'échelle de la colonne." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0089/document.
Full textAbstract:
Une colonne de séparation d'air réalise un écoulement liquide-gaz à contre courant dans une structure complexe, le garnissage. Au sein de ce garnissage, l'écoulement du liquide est du type film drainé par gravité, alors que l'écoulement du gaz est turbulent. La fonction de ces contacteurs est de développer une surface d'échange interfaciale aussi grande que possible pour favoriser le transfert d'un composé chimique de la phase liquide vers la phase vapeur (et inversement) tout en offrant des pertes de charge raisonnables. Ces dispositifs sont constitués par l'assemblage de plaques métalliques ondulées, avec ou sans perforations, où deux plaques adjacentes sont respectivement inclinées d'un angle et son opposé par rapport à l'axe de la colonne. Ce type de contacteur peut être considéré comme un milieu poreux bi-structuré avec un taux de porosité élevé. Les écoulements peuvent être décrits à deux échelles : une échelle du pore et une échelle macroscopique. A cause de cette double structuration, la modélisation macroscopique des écoulements dans ce type de structure reste un problème difficile. En particulier, les mécanismes macroscopiques qui entraînent l'étalement d'un jet dans les garnissages sont incompris. Par ailleurs, une difficulté de modélisation supplémentaire est due aux effets liés à la turbulence. Au cours de cette thèse, nous avons développé, à partir d'une méthode de changement d'échelle, un modèle complet pour simuler les écoulements et le transfert de matière dans les colonnes équipées de garnissages structurés. Notre étude se focalise sur les trois points suivants. Premièrement, nous avons obtenu, à l'aide d'une prise de moyenne volumique, une loi de Darcy-Forchheimer qui inclue les effets de la turbulence. Ensuite, pour modéliser la dispersion radiale du liquide dans la colonne, nous avons trouvé pratique de séparer la phase liquide en deux films distincts, qui s'écoulent sur chaque plaque ondulée selon des directions préférentielles différentes. Ces phases fictives ne sont pas indépendantes puisque de la matière peut passer de l'une à l'autre au niveau des points de contact entre les feuilles ondulées. Finalement, nous avons proposé un modèle macroscopique pour simuler le transport d'espèces chimiques dans un système diphasique, multiconstituants. Tous les paramètres effectifs qui apparaissent dans ce modèle sont évalués à partir de solutions analytiques ou numériques de l'écoulement à la petite échelle. Les résultats de simulation ont été comparés avec succès à des mesures expérimentales obtenues en laboratoire ou sur pilote industrielStructured packings play a large role in chemical engineering processes involving gasliquid separation such as air distillation unit or CO2 absorption columns. Such structures maximize the exchange surface between gas and liquid while pressure drops remain low enough. Generally, the columns are operated in the counter-current flow mode : a liquid gravity film is sheared by the turbulent flow of a gas phase. The packings are made of an assembly of corrugated sheets where two adjacent sheets are respectively inclined by an angle and the opposite of this angle from the vertical axis. We can apprehend such a device as a bi-structured porous medium with high porosity defining two scales of description : a pore-scale and a macro-scale assimilated to the packing scale. Due to this peculiar structured geometry, the flow modeling from a macroscopic point of view, remains a challenging problem that has to be overcome to design enhanced devices. In particular, the macroscopic phenomena that leads to the spreading of a liquid point source at the top of a packing are still unknown, and the classical two-phase flow models in porous media failed to properly catch the liquid distribution within the column. Moreover, turbulence effects lead to additional difficulties. We developed a comprehensive mathematical model based on a multi-scale analysis to simulate gas-liquid flow through the distillation columns. We investigate three main points. First, we derived a Darcy-Forchheimer law that includes turbulence effects using the method of volume averaging. Then, to model the liquid spreading, we found convenient to split the liquid phase into two fictitious phases flowing along each sheet with a preferential direction. Moreover, these phases are not (except perhaps at very low saturation) completely independent since adjacent sheets are in contact and the liquid can flow from one sheet to the other. Finally, we proposed a macro-scale dispersion model to simulate two-phase, multicomponent transport in structured packing. All the effective properties that appear in this model are evaluated from either simulations or analytical solutions of the flow at the pore-scale. Simulation results have been successfully compared to laboratory-scale experiments and industrial-scale measurements
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Hannane, Farouk. "Modélisation et contrôle d'un système colonne à distiller - pompe à chaleur a l'aide d'un micro ordinateur." Lyon, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAL0063.
Full textAbstract:
La recherche d'économies d'énergie dans les procédés de distillation nous a conduit à faire fonctionner un système pilote comprenant : - une colonne à distiller (mélange binaire cyclohexane- n:-heptane), - une pompe à chaleur à fluide de transfert (Forane 114), - une instrumentation pour la mesure des pressions, température, débits, couple, vitesse de rotation, composition, - un micro-ordinateur (acquisition et traitement de données). Au plan de la modélisation en régimes stationnaires et de l'identification, nous avons réalisé les étapes suivantes - modélisation des fluides (corps purs et mélanges), - étalonnage de tous les capteurs et réalisation d'un programme d'acquisition, séquentielle de données sur le procédé, - réalisation d'un programme permettant de tracer directement le cycle thermodynamique décrit par le fréon dans diagramme de Mollier enthalpie-pression au cours d'un essai, -mise au point d'un modèle de connaissance statique du système par décomposition en sous systèmes : colonne à distiller -échangeur de tête et de pied -vanne de détente-compresseur ; -obtenir des résultats expérimentaux permettant l'identification des paramètres intervenant dans la modélisation de ces organes. Nous avons pu ainsi obtenir : - à reflux total, le réseau des courbes donnant le débit de distillat en fonction de l'ouverture de la vanne de détente, le coefficient de performance en fonction de la vitesse du compresseur - à reflux partiel, le taux de reflux ainsi que le COP en fonction de la vitesse de rotation du compresseur. La comparaison des coefficient de performance obtenus (voisins de 9 à reflux total et de 8 à reflux partiel) permet le calcul du temps d'amortissement qui est de l'ordre de 1,4 an.
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Cachot, Thierry. "La distillation diabatique : expérimentation et applications industrielles." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1992. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1992_CACHOT_T.pdf.
Full textAbstract:
La distillation fractionnée est une opération de séparation qui dégrade beaucoup d'énergie. Une amélioration consiste à remplacer le bouilleur et le condenseur par deux échangeurs intégrés dans la colonne même. L’un distribue la chaleur régulièrement dans la zone d'épuisement et l'autre extrait la chaleur de façon uniforme dans la zone d'enrichissement. Ce nouveau procédé dit de distillation diabatique ou quasi-réversible minimise la création d'entropie et maximise son rendement exergetique. La première étude, théorique, propose un modèle type Ponchon-Savarit pour décrire la distillation et compare les deux types de distillation sur le plan opératoire et sur le plan exergetique. Une colonne expérimentale d'un diamètre de 150 mm, munie de 10 plateaux perforés surmontés chacun d'un serpentin, a permis d'effectuer des distillations adiabatiques et diabatiques, fonctionnant soit en enrichissement soit en épuisement, après l'avoir comparée sur le plan hydrodynamique et sur le plan performance avec des colonnes classiques. Les expériences ont montré la faisabilité technique d'un tel projet, moyennant certaines modifications, comme la diminution du diamètre dans les extrêmes de la colonne. Dans une dernière partie, des applications industrielles suites aux conséquences de la diabacite, ont été traitées: de par la diminution des écarts de températures entre la sortie du frigoporteur et l'entrée du caloporteur, le couplage pompe à chaleur+distillation (diabatique) retrouve un certain intérêt; dans une colonne d'épuisement diabatique, les temps de séjour du liquide diminuent lorsque l'on s'approche du soutirage: une colonne diabatique est donc plus appropriée à la distillation des thermosensibles
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Daher, Alaa. "Diagnostic et pronostic des défauts pour la maintenance préventive et prédictive. Application à une colonne de distillation." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMR090/document.
Full textAbstract:
Le procédé de distillation est largement utilisé dans de nombreuses applications telles que la production pétrochimique, le traitement du gaz naturel, les raffineries de pétrole, etc. Généralement, la maintenance des réacteurs chimiques est très coûteuse et perturbe la production pendant de longues périodes. Tous ces facteurs démontrent réellement la nécessité de stratégies efficaces de diagnostic et de pronostic des défauts pour pouvoir réduire et éviter le plus grand nombre de ces problèmes catastrophiques. La première partie de nos travaux vise à proposer une méthode de diagnostic fiable pouvant être utilisée dans le régime permanent d’une procédure non linéaire. De plus, nous proposons une procédure modifiée de la méthode MFCM permettant de calculer la variation en pourcentage entre deux classes. L’utilisation de MFCM a pour objectif de réduire le temps de calcul et d’accroître les performances du classifieur. Les résultats de la méthode proposée confirment la capacité de classifier entre les différentes classes de défaillances considérées. Le calcul de la durée de vie du système est extrêmement important pour éviter les pannes catastrophiques. Notre deuxième objectif est de proposer une méthode fiable de pronostic permettant d’estimer le chemin de dégradation d’une colonne de distillation et de calculer le pourcentage de durée de vie de ce système. Le travail présente une approche basée sur le système d’inférence neuro-fuzzy adaptatif (ANFIS) combiné avec (FCM) pour prédire la trajectoire future et calculer le pourcentage de durée de vie du système. Les résultats obtenus démontrent la validité de la technique proposée pour atteindre les objectifs requis avec une précision de haut niveau. Pour améliorer les performances d’ANFIS, nous proposons la distribution de Parzen comme nouvelle fonction d’appartenance de l’algorithme ANFIS. Les résultats ont démontré l’importance de la technique proposée car elle s’est avérée efficace pour réduire le temps de calcul. En outre, la distribution de Parzen présentait la plus petite erreur quadratique moyenne (RMSE). La dernière partie de cette thèse se concentrait sur la proposition d’un nouvel algorithme pouvant être appliqué pour obtenir un système de surveillance en temps réel s’appuyant sur la prédiction de défauts ; cela signifie que cette méthode permet de prédire l’état futur du système, puis de diagnostiquer quelle est la source d’erreur probable. Elle permet d’évaluer la dégradation d’une colonne de distillation et de diagnostiquer par la suite les défauts ou accidents pouvant survenir à la suite de la dégradation estimée. Cette nouvelle approche combine les avantages d’ANFIS à ceux de RNA permettant d’atteindre un haut niveau de précisionThe distillation process is largely used in many applications such a petrochemical production, natural gas processing, and petroleum refineries, etc. Usually, maintenance of the chemical reactors is very costly and it disrupts production for long periods of time. All these factors really demonstrate the fundamental need for effective fault diagnosis and prognostic strategies that they are able to reduce and avoid the greatest number of thes problems and disasters. The first part of our work aims to propose a reliable diagnostic method that can be used in the steady-state regime of a nonlinear procedure. Moreover, we propose a modified procedure of the fuzzy c-means clustering method (MFCM) where MFCM calculates the percentage variation between the two clustered classes. The purpose of using MFCM is to reduce the computing time and increase the performance of the classifier. The results of the proposed method confirm the ability to classify between normal mode and eight abnormal modes of faults. Our second goal aims to propose a prognosis reliable method used to estimate the degradation path of a distillation column and calculate the lifetime percentage of this system. The work presents an approach based on adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) combined with (FCM) to predict the future path and calculate the lifetime percentage of the system. The results obtained demonstrate the validity of the proposed technique to achieve the needed objectives with a high-level accuracy. To improve ANFIS performance we propose Parzen windows distribution as a new membership function for ANFIS algorithm. Results demonstrated the importance of the proposed technique since it proved to be highly successful in terms of reducing the time consumed. Additionally, Parzen windows had the smallest Root Mean Square Error (RMSE). The last part of this thesis was focusing on the proposing of new algorithm which can be applied to obtain real-time monitoring system which relies on the fault production module to reach the diagnosis module in contrast to the previous strategies ; this means this method predict the future state of the system then diagnosis what is the probable fault source. This proposed method has proven to be a reliable process that can evaluate the degradation of a distillation column and subsequently diagnose the possible faults or accidents that can emerge as a result of the estimated degradation. This new approach combines the benefits of ANFIS with the benefits of feedforward ANN. The results were demonstrated that the technique achieved with a high level of accuracy, the objective of prediction and diagnosis especially when applied to the data obtained from automated distillation process in the chemical industry
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Dénes, Ferenc. "New Double-Column Systems for Batch Heteroazeotropic Distillation." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0124/document.
Full textAbstract:
J'ai étudié deux nouvelles configurations de double-colonne pour distillation hétéroazéotropique. Ces configurations sont appropriées à la récupération simultanée des composants des mélanges binaires hétéroazéotropiques et homoazéotropiques (en utilisant un tiers corps (entraîneur)). Elle sont opérées en système fermé, c'est-à-dire, il n'y a pas de soutirage de produit continu. D'abord, en appliquant un modèle simplifié, j'ai étudié la faisabilité de la séparation d'un mélange hétéroazéotropique (1-butanol – eau), puis celle d'un mélange homoazéotropique (2-propanol – eau) aidé par entraîneur benzène ou cyclohexane, en utilisant le SDC. Puis, j'ai étudié cette configuration par modélisation rigoureuse, en appliquant le simulateur dynamique du logiciel professionnel ChemCAD (CC-DColumn). J'ai comparé la nouvelle configuration avec le RD, sur la base des résultats obtenus par toutes les deux méthodes d'étude. Le SDC s'est avéré faisable et compétitif avec le RD : pendant la même durée ou plus courte, les rendements des composants ont été plus élevés. Puis, on a étendu le SDC à un système plus flexible (système de double-colonne généralisé, SDCG) qui est approprié à la séparation des mélanges binaires homoazéotropiques aidé par entraîneur (en le cas présent : cyclohexane ou n-hexane). J'ai étendu la méthode de faisabilité aussi à l'étude de cette configuration. Le SDCG s'est avéré aussi faisable. En appliquant modélisation rigoureuse, j'ai étudié les effets des nouveaux paramètres opératoires sur la durée, et j'ai comparé le DCG avec le SDC. Le SDCG s'est avéré encore plus avantageux que le SDC : la durée a été plus courte, et les besoins spécifiques d'énergie des produits ont été plus bas. J'ai étudié le SDC et le SDCG aussi par des manipulations exécutées sur installations de taille laboratoire et pilote. D'abord, j'ai fait des manipulations laboratoires pour la séparation du mélange binaire hétéroazéotropique, en utilisant une installation en verre qui a été opérée aussi comme RD et SDC. Le SDC s'est avéré faisable et compétitif avec le RD aussi sur la base des résultats de ces manipulations : pendant la même durée, les rendements des tous les deux composants ont été plus élevés. Puis, en utilisant l'installation pilote comme SDC, j'ai étudié la séparation ci-dessus. Après cette manipulation, j'ai étudié la séparation du mélange binaire homoazéotropique en appliquant n-hexane comme entraîneur, en opérant le système comme RD et SDCG. La manipulation faite avec le SDCG a montré que la production simultanée de deux composants est faisable avec cette configurationDistillation is the method the most frequently applied for the separation of liquid mixtures, e.g. for the recovery of the components of the waste solvent mixtures. Because of the high energy demand of these processes the optimal design and operation of the distillation equipments are important from economic and also environmental points of view. The separation of the azeotropic mixtures needs special distillation methods like heteroazeotropic distillation. In the pharmaceutical and fine chemical industries it is often applied in batch mode. The aims of the thesis are to study the feasibility of a new Double-Column System (DCS) for batch heteroazeotropic distillation and to compare it with the traditional Batch Rectifier (BR) equipped with a decanterto study the above configurations by rigorous simulationto extend the DCS (Generalised Double-Column System, GDCS) and to study this new configuration by the above methodsto do laboratory experiments for both configurations in order to prove the feasibility of the separation and validate the calculations, respectively. Two new double-column configurations for batch heteroazeotropic distillation were studied. These configurations are designed to produce simultaneously the components of binary heteroazeotropic and homoazeotropic mixtures (by using an entrainer). They are operated in closed system (without continuous product withdrawal). First the feasibility of the separation of a heteroazeotropic mixture (1-butanol – water) and that of a homoazeotropic one by using an entrainer (isopropanol – water + benzene or cyclohexane) in the DCS were investigated by a simplified model. Then the operation of this configuration was modelled by rigorous simulation by using the dynamic simulator of the professional flowsheet simulator ChemCAD (CC-DColumn). On the basis of the results obtained by both methods the new configuration was compared with the BR. The DCS proved to be feasible and competitive with the BR: during the same or shorter time the recoveries of the components were higher. Then the DCS was extended to a more flexible version (Generalised Double-Column System, GDCS), which is suitable for the separation of binary homoazeotropic mixtures (by using an entrainer, in this work: cyclohexane or n- exane). The feasibility method was extended for the study of this configuration, as well. The GDCS proved to be feasible. Then the effects of its additional operational parameters on the duration were studied by rigorous simulation. The GDCS was compared with the DCS by rigorous simulation, as well. The GDCS proved to be more advantageous than the DCS: the duration was shorter and the specific energy demands of the products were lower. The DCS and GDCS were also investigated by laboratory and pilot plant experiments. First laboratory experiments were done for the separation of the binary heteroazeotropic mixture in a simple small size glass equipment operated as BR and DCS. The DCS proved to be feasible and competitive with the BR also on the basis of the results of these experiments: during the same time the recovery of both components were higher. Then a pilot plant was used for the same separation as a DCS. After this experiment the separation of the binary homoazeotropic mixture by using n-hexane as entrainer was studied in the equipment operated as BR and GDCS. The experiment showed that the simultaneous production of two components is feasible also in the GDCS
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Gomez, Ramirez Jorge Mario. "Optimisation numérique du fonctionnement, du dimensionnement et de la structure d'une colonne de distillation catalytique représentée par un modèle de transfert." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3012.
Full textAbstract:
Nous proposons, comme objectifs dans cette thèse, de résoudre le problème de conception optimale de la distillation catalytique, en nous basant sur une formulation MINLP du problème d'optimisation et un modèle de transfert intégral (modèle de non équilibre). L'utilisation de ce modèle de non équilibre, pour l'optimisation de la colonne, présente deux avantages majeurs : i) la notion d'efficacité de plateau n'apparaît plus ii) les dimensions des internes de la colonne (hauteur, longueur de déversoir. . . ) interviennent dans le modèle et peuvent donc être optimisées. Les contraintes relatives à l'hydrodynamique de la colonne (engorgement, pleurage, perte de charge, entraînement) sont également prises en compte. Le modèle, dans notre cas, fait apparaître deux types de sections : i) des sections de séparation pure, sans réaction ; partant du modèle hydrodynamique du double film, le transfert de matière est décrit dans chaque phase grâce aux coefficients de transfert ii) des sections purement réactives ; la réaction a lieu en phase liquide et est modélisée par une cinétique globale de type Langmuir–Hinshelwood. Ce découplage (section de séparation / section réactive), retenu pour décrire au mieux le pilote installé au LaTEP, permet, de plus, l'utilisation des coefficients de transfert obtenus pour les systèmes non réactifs. Le choix de la stratégie de résolution (gestion des variables et des contraintes d'optimisation) et des différents algorithmes utilisés est cependant un point critique. Nous proposons une stratégie pour l'optimisation globale, qui combine, sur deux niveaux, le Recuit Simulé (RS) et la Programmation Quadratique Successive (SQP)The objective of this contribution is to propose a Mixed Integer Non Linear Programming (MINLP) formulation for optimal design of a catalytic distillation column based on a generic Non-Equilibrium Model (NEQ). The use of this NEQ model presents two main advantages: i) the computation of tray efficiencies is entirely avoided ii) the geometrical parameters of the column's hardware can be optimized. The minimization of the total annualized cost is submitted to three sets of constraints: the model equations, the product specification and the tray hydraulic equations. The solution strategy for the optimization uses a combination of Simulated Annealing and Sequential Quadratic Programming. Catalytic distillation of ETBE is considered as illustrative example. The results of the optimization are discussed. Pre and post optimal sensitivity analysis is also performed. According to our pilot plant design, the model relies on separation stages (trays) and reactive stages. The separation stages are cross flow sieve trays, of a single pass. In this work, the non-equilibrium model for the separation stages is based on of the works by Krishnamurthy and Taylor who presented a non-equilibrium model for a non-reactive distillation column. This model uses the two film theory and the heat and mass transfer coefficients to determine the flux at the interface (Integral NEQ model). For the optimization purposes, the Integral NEQ model is a good trade off between the complexity of the Differential NEQ model and the Equilibrium model
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Worms, Guillaume. "Méthode de faisabilité et de conception de colonnes à cloison (DWC) pour la distillation de mélanges non-idéaux et azéotropiques." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/23691/20/Worms-Guillaume_23691.pdf.
Full textAbstract:
Implantées depuis plus de dix ans dans l’industrie, l’intérêt des colonnes à cloison n’est aujourd’hui plus à démontrer. Suivant les applications envisagées, elles peuvent permettre d’important gain tant énergétique qu’économique. Cependant leur design est toujours complexe et les méthodes de conception développées ne s’adressent qu’à des applications avec des mélanges proches de l’idéalité. Le développement d’une nouvelle méthode de design d’une colonne à distillation de mélanges non-idéaux applicable aux colonnes à cloison constitue l’objet d’étude de cette thèse. Dans un premier temps, une procédure de faisabilité et de design d’une colonne classique basée sur les feuilles opératoires a été proposée. Les paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés comme initialisation d’une simulation rigoureuse conduite au sein du logiciel Prosim Plus. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux, non-idéaux et azéotropiques ont été utilisés. Il a pu être montré que les paramètres de design obtenus permettent d’accéder à un design plus fiable et plus efficient, aussi bien d’un point de vue énergétique qu’économique, que ceux obtenus par la bien connue méthode shortcut FUGK. Dans un second temps, la procédure a été adaptée aux colonnes à cloison. Les paramètres obtenus ont également servi à initialiser une simulation rigoureuse et la procédure a été testée avec les mêmes mélanges. Il a été mis en évidence que les paramètres de design obtenus permettaient d’obtenir une bonne initialisation de la colonne. Comparée avec une autre méthode développée précédemment par le laboratoire, la procédure développée s’est révélée plus fiable et a permis l’obtention de design plus économique tant du point de vue énergétique qu’en termes d’investissement. Enfin, une phase de validation expérimentale a également été réalisée sur une installation pilote. Dans un premier temps, l’instrumentation et le contrôle de la colonne ont été fortement améliorés. Dans un second temps, des résultats expérimentaux réalisés sur avec un mélange hétéro-azéotropique ont pu valider des simulations en terme de profils de composition et de température interne ainsi que les compositions et les débits de sortie de la colonne.
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Khadra, Rami. "Nouvelle génération de transformateurs de chaleur, sélection de fluides de travail et optimisation des équipements du cycle en employant des technologies innovantes." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0083.
Full textAbstract:
Ce travail contribue aux efforts de l'Union Européenne pour réduire les émissions de CO2. Son objectif est d'aider les industries produisant de la chaleur fatale à récupérer cette énergie perdue, d'augmenter sa température et de la réutiliser in situ. Les transformateurs de chaleur (Absorption Heat Transformers ou AHT), machines à absorption consommant très peu d'électricité, sont alors ici étudiés. Les AHTs existants rencontrent des problèmes comme la corrosion, la cristallisation, la toxicité et les niveaux de pression éloignés de la pression atmosphérique. Ceux-ci sont causés par les fluides conventionnels (Eau/LiBr et Ammoniaque/Eau) et s'aggravent à des températures supérieures à 120°C. Des modèles de conception ainsi que des solutions techniques, applicables avec tous mélanges de fluides organiques, sont alors proposés dans cette thèse. Ces modèles sont validés avec des données de la littérature et implémentés dans des outils d'aide à la décision.Tout d'abord, un modèle de sélection de paires de fluides organiques (parmi une liste de fluides) est développé. Les contraintes prises en compte sont, entre autres, les types et les profils de températures des sources et puits de chaleur, et les propriétés du fluide. Pour chaque type de fluide, la méthode la plus adaptée au calcul des propriétés physiques des fluides est choisie.En second lieu, pour effectuer la séparation des 2 constituants du mélange de fluides organiques, le générateur (composant recevant la chaleur fatale) et le condenseur de l'AHT sont fusionnés pour former une colonne de distillation. Un modèle d'une colonne de distillation nommée « hybride » est alors développé en adaptant la méthode de Ponchon-Savarit et en la combinant avec la méthode ETD (Equal Thermodynamic Distance). Cette colonne associe les avantages des 2 types de colonnes adiabatiques et diabatiques. Elle allie réduction de production d'entropie et meilleure exploitation des sources de chaleur à températures glissantes. La conception mécanique de la colonne hybride est aussi incluse.Troisièmement, pour atteindre la température théorique maximale du mélange de fluide déjà choisi, l'absorbeur de l'AHT (où la chaleur à haute température est libérée) est divisé en sections adiabatiques suivies par des sections diabatiques. De plus, les modèles détaillés des colonnes à bulles (fonctionnant en co-courant ou en contre-courant) ainsi que de la colonne à garnissage sont présentés et comparés entre eux.Les principaux résultats de ces travaux consistent en une nouvelle méthodologie de choix de fluides organiques pouvant remplacer les mélanges classiques surtout à températures élevées (supérieures à 130 °C). En ce qui concerne la colonne de distillation, il est montré que la colonne adiabatique constitue un meilleur choix lorsqu'une source de chaleur latente est disponible tandis qu'avec une source de chaleur sensible, la colonne hybride engendre moins de pertes exergétiques. En passant à l'absorbeur, le nouveau mode d'opération de celui-ci permet à l'utilisateur d'atteindre des températures plus élevées que celles réalisées avec les technologies actuellement disponibles. Enfin, les modèles développés permettent de choisir les technologies de distillation (adiabatique, diabatique ou hybride) et d'absorption (colonne à bulles ou à garnissage) les plus appropriées en s'adaptant à différentes problématiques industriellesThis work is part of the European union efforts to reduce its CO2 emissions. It aims to assist any waste heat producing industry in recuperating this lost thermal energy, pumping it to higher temperature levels and reusing it on site. Absorption Heat Transformers (AHT), that consume little electricity, are used for this task. Current AHT problems such as corrosion, crystallization, toxicity and inconvenient pressure levels are caused by conventionally used H2O/LiBr and NH3/ H2O working fluids and get worse at temperatures exceeding 120°C. Potential solutions are thus suggested. According to them, models are developed; they are all able to operate with any organic mixture and are customized to accompany the industrialist from start to finish. These solutions were validated by comparing them with literature data and are implemented into several tools.Firstly, a model selects the optimal organic binary mixture -among a list of fluids- in terms of the real case application's constraints: Heat transfer fluids used, Heat source's and heat sink's types and temperature profiles, mixtures transport properties among other parameters. Suitable thermodynamic model is selected for different fluid group types.Secondly, in order to separate the 2 components of the chosen mixture of organic compounds, the AHT generator (component which receives waste heat) is merged with the AHT condenser thus forming a distillation column. A “hybrid column” is designed by modifying the Ponchon-Savarit method and combining it with the Equal Thermodynamic Distance (ETD) method. This new column associates the best features of the two columns. It reduces entropy production rates and best exploits temperature gliding heat sources. Mechanical design for the hybrid column is also included.Thirdly, to ensure that the maximum theoretical temperature of the working fluid is reached, the AHT absorber (where high temperature heat is released) is divided into consecutive adiabatic parts followed by diabatic ones. Detailed Models for co-current and counter-current bubble columns as well as packing columns are presented and compared.Main results consist in a selection methodology of organic compounds mixtures, capable of replacing conventional ones specially at temperatures higher than 130 °C. It's also shown that adiabatic columns are better options when latent type heat sources are available while hybrid columns lose less exergy when used with sensible heat sources. As for the absorber, the new operating mode provides the user with higher temperatures than currently reached by available technologies. Finally, using the developed models, tailored and most suitable distillation (adiabatic, diabatic or hybrid columns) and absorber (bubble or packing columns) technologies can be proposed depending on the industrial specific cases and requirements
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Yala, Omar. "Optimisation des colonnes HIDiC, intégrant une mousse métallique, basée sur une étude théorique et expérimentale des transferts thermiques." Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0106.
Full textAbstract:
La distillation est une opération unitaire de séparation qui est largement utilisée. Toutefois, lorsque les volatilités des corps à séparer sont proches, le besoin en énergie de la colonne augmente, et l’efficacité énergétique du procédé de séparation diminue. Ainsi, la faiblesse de la distillation est son efficacité énergétique (au maximum 10 %). La réduction de la consommation énergétique des colonnes à distiller est donc un enjeu majeur dans le contexte énergétique actuel. Une des voies prometteuses est les colonnes à distiller dites HIDiC (Heat Integrated Distillation Column). Dans ce type de configuration, la colonne est scindée en deux colonnes : une colonne d’appauvrissement et une colonne d’enrichissement. La colonne d’appauvrissement opère à un niveau de pression plus faible que la colonne d’enrichissement. Un compresseur ainsi qu’une vanne de détente sont installés pour ajuster les niveaux de pression respectifs dans les deux parties. La différence de pression ainsi établie permet d’imposer une différence de températures qui offre la possibilité de transférer de l’énergie entre les deux colonnes par l’intermédiaire d’une technologie de transfert de chaleur. Dans un premier temps, l’objet de cette étude est de valider une nouvelle technologie de transfert thermique pour les colonnes concentriques HIDiC. Cette technologie innovante, Mousse métallique à cellules ouvertes, est caractérisée et validée en comparant avec un garnissage classique. Pour cela, un pilote expérimental de colonne concentrique contenant le garnissage structuré a été mis en oeuvre au laboratoire. Les résultats des mousses métalliques ont montré une performance thermique plus importante que le garnissage classique avec un gain moyen de 102 %. La conductance thermique des mousses métallique à cellules ouvertes obtenue expérimentalement est de 1285 W.K-1. Ces résultats confirment l’intérêt de l’utilisation du garnissage innovant dans les colonnes de distillation HIDiC en tant que technologie de transfert de chaleur. Dans un deuxième temps, un outil de simulation des colonnes HIDiC est développé dans le logiciel commercial ProSim Plus™®. Par rapport aux colonnes de distillation conventionnelles, les colonnes HIDiC possèdent des paramètres spécifiques tels que le rapport de pression et le profil d’échange de chaleur entre les deux sections de la colonne. Une procédure d’optimisation est élaborée afin d’obtenir une colonne HIDiC avec un coût total annuel « TAC » minimal et une distribution énergétique optimale. La méthode stochastique est adoptée avec un algorithme génétique « AG » ou l’initialisation des variables d’action n’est pas nécessaire. Deux études de cas sont effectuées. L’une est un système largement étudié dans la littérature, le mélange (Benzène/Toluène). La procédure de conception et d’optimisation est évaluée. Une réduction du TAC de 7,4 % et 13,9 % est obtenue par rapport aux précédents travaux de la littérature. L’autre étude de cas est un mélange binaire (Cyclohexane/n-Heptane). Les résultats de la simulation concernant les quantités d’énergie échangées de la colonne d’enrichissement vers la colonne d’appauvrissement sont validés en vérifiant la faisabilité du transfert thermique par la conductance thermique de la technologie innovante obtenue expérimentalement UA (W.K-1)Distillation is the most applied separation technology. Its major drawback is the low thermodynamic efficiency (typically around 10 %). In response to environmental issues that concern energy consumption of distillation column, HIDiC (heat integrated distillation column) which combines advantages of vapor recompression and diabatic operation is expected to have a large impact on energy saving. The mixtures with close boiling point are confirmed to be the best candidates for HIDiC. In fact, in this configuration the rectifying section and the stripping section are separated. Heat is transferred inside the distillation column from the rectifying to the stripping section, because the operating pressure (and thus the temperature) of the rectifying section is increased by means of the compressor. First, a novel technology of heat and mass transfer between rectifying column and stripping column is characterized and validated on an experimental pilot. A concentric HIDiC which contains metal foam packing is designed. Compared to the Raschig Super-Ring results, the heat transfer in this structured packing is more efficient, with a gain up to 102 %. The obtained thermal conductance UA (W.K-1) of the innovative column packing is 1285 W.K-1. This confirms the purpose of open cell metal foams use in HIDiC as a heat transfer technology. Secondly, the aim of this study is to optimize the HIDiC sensitive parameters so as to minimize the Total Annual Cost (TAC). For this, a HIDiC simulation model is developed by using commercial software ProSim Plus™®. GA (Genetic Algorithm) is used to find the optimal HIDiC configuration where variables are optimized without initialization. Binary (Benzene/Toluene) separation case is examined for the evaluation of the proposed method. As a result, 7.4 % and 13.9 % TAC reductions are realized in comparison with the reported solutions in previous works. Binary (Cyclohexane/n-Heptane) is studied to evaluate the physical feasibility of heat transfer between rectifying and stripping column by the experimental thermal conductance (UA experimental [W.K-1]) of the innovative column packing
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Viel, Frédéric. "Stabilité des systèmes non linéaires contrôlés par retour d'état estimé. Application aux réacteurs de polymérisation et aux colonnes à distiller." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES017.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à la synthèse d'observateurs grand gain, observateurs à convergence exponentielle de systèmes non linéaires et à leur utilisation dans des lois de commande par feedback. Un principe de séparation est obtenu : il est montré qu'un feedback stabilisant (au sens de la stabilité asymptotique globale) qui utilise les estimations d'état fournies par un observateur à convergence exponentielle conserve sa propriété nominale de stabilisation sous une hypothèse de bornitude des trajectoires du système contrôleur-observateur. La méthodologie dégagée pour la construction d'observateurs à convergence exponentielle et l'application du principe de séparation est illustrée pour deux procédés largement répandus en pétrochimie: les réacteurs de polymérisation et les colonnes à distiller binaires. L'élaboration du contrôleur nominal globalement asymptotiquement stable est réalisée à partir de la technique classique de la linéarisation entrées/sorties pour les réacteurs de polymérisation, tandis que dans le cadre des colonnes à distiller, une méthode utilisant les fonctions de Liapunov du système en boucle ouverte est développée
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Rizk, Joelle. "Étude et modélisation des conditions d'échanges dans les colonnes de distillation diabatiques : étude de la distribution de fluides." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01003516.
Full textAbstract:
Les colonnes de distillation de l'air constituent l'un des procédés principaux de séparation des composants de l'air mais posent le problème des consommations énergétiques élevées. Dans le but de produire les quantités d'oxygène nécessaire pour les procédés d'oxycombustion à faibles coûts énergétiques, une colonne de distillation diabatique pour la séparation de l'air cryogénique est conçue et modélisée. Elle consiste en un échangeur tubes-calandre où les tubes constituent une première colonne opérant à basse pression et la calandre en constitue une deuxième opérant à haute pression. Les transferts de masse et de chaleur couplés sont modélisés et le fonctionnement de la colonne est simulé. Une analyse exergétique comparative entre trois types de colonnes de distillation d'air cryogénique montre que l'efficacité exergétique de la colonne diabatique conçue est 23 % fois plus élevée que celle des colonnes doubles conventionnelles. La distribution des mélanges dans les tubes et dans la calandre est un point clé dans le procédé de distillation dans l'échangeur tubes-calandre. Les différentes formes de mal répartition sont étudiées et des solutions proposées. Une colonne pilote est dimensionnée pour valider expérimentalement le concept théorique de la distillation diabatique de l'air cryogénique.
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Canon, Eric. "Etude mathématique de deux modèles de colonne à distiller : modèle discret à étages théoriques, modèle continu hyperbolique." Saint-Etienne, 1990. http://www.theses.fr/1990STET4004.
Full textAbstract:
On traite de la modélisation de colonne à distiller en régime transitoire, caractérisées par des conditions limites difficiles. Deux modèles complémentaires sont étudiés. Le premier est un modèle très simple à base d'équations algébriques et différentielles. Un théorème d'existence est obtenu. Un logiciel de simulation extrêmement rapide et performant en est tiré. Le second modèle est de nature hyperbolique. On résout complètement le problème de Riemann. Un théorème d'existence globale pour le problème de Cauchy est obtenu. On étudie les problèmes posés par la discrétisation des conditions limites. On réinterprète l'ancien modèle différentiel dans le cadre de ce modèle hyperbolique. Le premier modèle algébrique apparait comme modèle approche du cas limite, lorsque la CFL tend vers l'infini, où le modèle hyperbolique devient irrésoluble
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Creff, Yann. "La dynamique et la commande de colonnes multicomposées." Paris, ENMP, 1992. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00838254.
Full textAbstract:
On s'intéresse à la commande en qualité de colonnes à distiller multicomposées, en étendant aux colonnes pseudo-binaires des résultats récents établis pour les colonnes binaires. On commence par mettre en évidence la difficulté d'étendre directement les techniques employées dans le cas binaire. On demontre dans ce cadre une propriété verifiée par le jacobien des fonctions d'équilibre liquide-vapeur et on affine la description géometrique de la dynamique du flash. On développe ensuite une technique de réduction des modèles de colonnes pseudo-binaires, qui permet d'appliquer une technique de rejet de perturbations pour la commande en qualité de telles colonnes. On montre en simulation et avec des résultats sur site la pertinence de la méthode. Elle permet d'aborder la commande de schémas de régulation plus complexes : On l'applique au cas d'un splitter-stripper d'essences et on obtient en simulation de bonnes performances.
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Bossanne, Denis. "Commandes et observateurs non linéaires de colonnes à distiller." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES023.
Full textAbstract:
Dans cette étude, nous appliquons sur un modèle dynamique de colonne à distiller et sous contraintes technologiques, un compromis entre des commandes géométriques et des commandes stabilisantes. Les lois de commande ainsi obtenues assurent l'asservissement et la régulation de notre modèle à un minimum de phase critique. La stabilité exponentielle globale du système ainsi bouclé est alors garantie. La construction de ces schémas nécessite la connaissance de l'état du système, variable intermédiaire généralement non mesurée. Pour ce faire, nous construisons des observateurs non linéaires grand-gain. Nous assurons alors une décroissance exponentielle de l'erreur d'estimation vers zéro. Pour finir, nous démontrons un principe de séparation
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Said, Walid. "Étude et modélisation de structures d'échange de colonnes de distillation cryogéniques." Paris, ENMP, 2010. http://www.theses.fr/2010ENMP0039.
Full textAbstract:
L'industrie chimique et pharmaceutique actuelle connaît une croissance en demande d'oxygène et d'azote purs, obtenus principalement par séparation cryogénique des constituants de l'air. La séparation s'effectue dans des colonnes de distillation, où deux phases liquide et vapeur de l'air circulent à contre-courants et échangent les constituants pour aboutir à des corps purs aux extrémités. La séparation est favorisée par l'utilisation de contacteurs liquide-vapeur, dont les plus modernes sont les garnissages structurés. Pour prédire l'efficacité de séparation, la capacité et la perte de pression de ces colonnes, il est indispensable de modéliser les trois phénomènes physiques intervenant : distribution liquide, distribution vapeur et transfert de masse. Le liquide s'écoule sous forme de films liquides sur la surface des garnissages. La distribution du réseau des films est modélisée par un modèle de comportement local. L'épaisseur des films et la surface effective mouillée des garnissages sont déterminées localement par des corrélations. La distribution de la vapeur et la perte de pression sont modélisées par des simulations numériques des équations de Navier-Stokes effectuées sur des éléments représentatifs des garnissages. Une corrélation générale pour cette perte de pression est établie en fonction de la vitesse de la vapeur, la géométrie des garnissages et le volume du film liquide. Les coefficients de transfert de masse sont évalués dans chaque phase par des corrélations. La discrétisation et la résolution des équations de conservation et de diffusion des espèces dans les deux phases permettent de déterminer l'évolution des compositions molaires des phases dans la colonne. Le modèle final réalisé permet d'évaluer l'effet d'une mauvaise distribution des fluides, d'une modification des dimensions de la colonne et de la géométrie des garnissages ainsi que l'effet de variation des conditions opératoires sur l'efficacité de séparation des colonnesThe current pharmaceutical and chemical industry is in growing demand for pure oxygen and nitrogen, mainly obtained by cryogenic separation of air components. The separation takes place in distillation columns, where counter-current liquid and vapor flows exchange air components and produce pure substances at the columns exit. The separation is enhanced by liquid-vapor contact devices, the most common are the structured packings. The prediction of the separation efficiency, the capacity and the pressure losses inside the distillation columns requires modeling the two-phase flow hydrodynamics and the mass transfer in structured packings. The liquid flows as rivulets on the structured packing surface. The spreading of the rivulet network is modeled by a mechanistic model. The local film thickness and the effective wetting area of the packing are determined by correlations. Vapor distribution and pressure loss are modeled by CFD simulations, which solve the Navier-Stokes equations in representative elementary units of the packing. An equation for the pressure loss is established as a function of the vapor velocity, packing geometry, and the liquid hold-up. The mass transfer coefficients in the liquid and vapor phases are evaluated through correlations. The discretization and resolution of the mass conservation equations of the species lead to determine the phases molar composition evolution in the column. The developed final model was used to evaluate the effect of poor fluid distribution, change of column dimensions or geometric packing parameters, and variation of operating conditions on the separation efficiency of the distillation columns
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Albet, Joël. "Simulation rigoureuse de colonnes de distillation discontinue à séquences opératoires multiples." Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT008G.
Full textAbstract:
L'auteur presente une methodologie generale pour la simulation rigoureuse de colonnes de rectification discontinue multiconstituant avec ou sans reactions chimiques et la prise en compte d'un decanteur en tete. Apres avoir replace ses travaux dans le contexte plus general de la simulation dynamique des procedes et des travaux realises en distillation discontinue, les points-cles sur lesquels se repose la methodologie sont presentes: l'elaboration d'un modele dit rigoureux vis-a-vis de ceux rencontres habituellement en distillation discontinue, generalisable ou simplifiable pour traiter un ensemble de configurations couramment rencontrees; l'utilisation et l'adaptation d'une methode d'integration numerique pour le traitement des systemes algebro-differentiels (methode de gear) applicable dans le contexte des systemes discontinus. Les problemes numeriques difficiles dus au traitement des evenements d'etat, a la gestion des discontinuites et aux politiques de demarrage sont mis en exergue et traites. La flexibilite, fiabilite et efficacite de la methodologie mises en place ainsi que la convivialite du progiciel resultant sont illustrees au travers d'exemples academiques et industriels avec comparaison vis-a-vis de donnees reelles obtenues sur sites
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Rakotopara, Daniel. "Contribution à l'étude des systèmes non-linéaires." Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES023.
Full textAbstract:
Etude d'une commande non-linéaire discrète de colonne à distiller. Mise au point grâce à un observateur asymptotique non-linéaire dont on donne les conditions suffisantes d'existence. Etude du calcul de Malliavin par l'approche de la décomposition fonctionnelle de Wiener à base de chaos. On démontre l'absolue continuité des équations du filtrage relativement à la mesure de Lebesgue. On s'intéresse aussi au problème de filtrage avec observation en partie non bruitée
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Shehadeh, Gabriel. "Les garnissages métalliques de texture ordonnée en distillation : Etude de l'hydrodynamique et de la capacité de séparation : Influence de la pression." Lyon, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAL0067.
Full textAbstract:
La distillation est le procédé le plus utilisé pour séparer les constituants d'un mélange liquide. Depuis une vingtaine d'années, les produits de masse moléculaire élevée et de haute valeur ajoutée sont obtenus pas « distillation sous vide poussé » en utilisant comme contacteur gaz-liquide des garnissages métalliques de texture ordonnée se présentant sous la forme de tampons occupant toute la section d'une colonne industrielle. Depuis 1985, il remplacent les plateaux dans les colonnes fonctionnant sous des pressions très supérieures à l'atmosphère. Deux installations pilotes, l'une pouvant fonctionner sous des pressions inférieures à 1 000Pa, l'autre entre l'atmosphère et 12 bars ; ont été réalisées pour caractériser les principaux garnissages métalliques ordonnés d'un point de vue hydrodynamique (pertes de charge, retenues, domaine de débit utile en fonction de la pression d'utilisation) et sous l'aspect pouvoir de séparation. Des corrélations sont proposées afin de pouvoir « prédire » les valeurs des paramètres hydrodynamiques et de séparation indispensables à tout bureau d’études d'ingénierie chimique pour dimensionner une installation ou tout autre échangeur de matièreDistillation is the most frequent process for separating the compnents from liquid mixture. For about twenty years, the products of high molecular weight and high addèd value have been obtained by distillation under high vacuum conditions. These packings have the form of cylindrical plugs occupying the whole cross section area of an industrial column. Since 1985 they have replaced the plates in very high pressure columns. Two pilot plants have been for characterizing the most important structured packings with respect to the hydrodynamic (pressure drop, hold-up, operating region as a function of the pressure, flooding point) and the capability of separation (HETP). One column can be operated at low pressures (P 1000 Pa) and the ether one at high. Pressures (between 10 exp5 and 12. 10exp5Pa). Correlations are proposed for predicting the values of the hydrodynamic and separation parameters which. Are necessary of any chemical engineering consultant group for the design of distillation columns and all other mass transfer equipments
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Albaret, Christian. "Contribution à l'étude et à la commande des colonnes de distillation multiconstituants." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 1992. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00838235.
Full textAbstract:
Nous présentons dans un premier temps un cadre de construction de modèles de colonne de distillation prenant en compte de manière générale une large classe de modèles thermo- dynamiques pour un nombre quelconque de constituants et le comportement hydrodynamique des plateaux. Après un rappel des résultats de la littérature pour les colonnes binaires, nous démontrons un résultat d'existence et d'unicité du point stationnaire d'un modèle de colonne à 'débits molaires constants' à un nombre quelconque de constituants et un résultat d'inversion de l'équilibre thermodynamique. Nous définissons la notion de fonction 'simplexe-relative' pour décrire les propriétés de fonctions d'un simplexe sur lui-même construites à partir des modèles thermodynamiques. Les résultats s'appuient sur la théorie du degré topologique appliquée à ces fonctions. Nous présentons ensuite une extension de la méthode de réduction de modèle par agrégation et son utilisation pour la commande. Nous testons la commande obtenue en simulation sur un modèle de colonne de distillation industrielle à haute pureté.
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ALBARET, CHRISTIAN. "Contribution a l'etude et a la commande des colonnes de distillation multiconstituants." Paris, ENMP, 1992. http://www.theses.fr/1992ENMP0307.
Full textAbstract:
Nous presentons dans un premier temps un cadre de construction de modeles de colonne de distillation prenant en compte de maniere generale une large classe de modeles thermodynamiques pour un nombre quelconque de constituants et le comportement hydrodynamique des plateaux. Apres un rappel des resultats de la litterature pour les colonnes binaires, nous demontrons un resultat d'existence et d'unicite du point stationnaire d'un modele de colonne a distiller a debits molaires constants a un nombre quelconque de constituants, et un resultat d'inversion de l'equilibre thermodynamique. Nous definissons la notion de fonction simplexe-relative pour decrire les proprietes de fonctions d'un simplexe sur lui-meme construites a partir des modeles thermodynamiques. Les resultats s'appuient sur la theorie du degre topologique appliquee a ces fonctions. Nous presentons ensuite une extension de la methode de reduction de modele par agregation et son utilisation pour la commande. Nous testons la commande obtenue en simulation sur un modele de colonne de distillation industrielle a haute purete
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Assaoui, Mohammed. "Influence de la pression sur le comportement des garnissages en distillation." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10166.
Full textAbstract:
Les garnissages ordonnes ou en vrac sont le plus souvent choisis comme contacteurs gaz-liquide en distillation. Ce procede est le plus souvent utilise pour separer des melanges liquide. Industriellement, on opere sous des pressions comprises entre le vide pousse et quelques centaines d'atmospheres. Jusqu'a present, les etudes sur l'hydrodynamique et le pouvoir de separation ont ete effectuees essentiellement sous la pression atmospherique et sous pression reduite. Ce travail a pour but d'etudier l'influence de la pression de fonctionnement entre 10#3 pa et 1,5 10#6 pa. Pour cela trois installations pilotes ont ete realisees : une colonne de distillation haute pression fonctionnant entre une et quinze atmospheres, une colonne de distillation sous vide fonctionnant entre 10#3 pa et une atmosphere et un simulateur de colonne garnie, fonctionnant sous des pressions voisines de l'atmospheres, qui permet les mesures d'aires interfaciales et de la distribution des temps de sejour. Un garnissage metallique ordonne est particulierement performant dans le domaine de la distillation sous vide pousse entre 10#3 et 7. 10#3 pa ; il accepte des debits massiques de vapeur superieurs a 1 kg/m#2,s et presente dans ce domaine un pouvoir de separation equivalent a cinq plateaux theoriques par metre ; au dessus de 10#4 pa il est nettement moins performant. Par contre le mellapack semble pouvoir etre utilise dans tout le domaine 10#4 - 1,5 10#6 pa et presente un pouvoir de separation relativement constant et equivalent a trois plateaux theoriques par metre. Les garnissages en vrac en ceramique utilises industriellement pour des separations particulieres comme celles des produits corrosifs ou le traitement de faibles tonnages, presentent des pouvoirs separateurs plus importants quand la pression est superieure a la pression atmospherique. Les correlations proposees faciliteront le dimensionnement des installations de distillation.
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Hughes, Michael John. "Optimisation of complex distillation colomn systems using rigorous models." Doctoral thesis, University of Cape Town, 2010. http://hdl.handle.net/11427/5317.
Full textAbstract:
Since distillation is still the most widely used separation technique used in the petrochemical industry, optimisation of these unit operations are important to minimise costs and maximise production. This thesis focuses on the development of a tool using rigorous non-equilibrium distillation models to optimise complex columns. Non-equilibrium distillation models are usually avoided in optimisation studies due to the time required to solve them, but this has been overcome by using a technique called orthogonal collocation in which the profiles in the columns are represented by polynomials of a lower order than would be required normally. This significantly reduces the process times and makes the use of non-equilibrium models a possibility in optimisation studies. The orthogonal collocation technique was applied to a packed distillation column model and shown to be effective in modelling the system. A system consisting of a distillation column with integrated external side reactors was chosen as a case study to investigate the use of the methods. These systems have been shown to be effective in certain circumstances in literature, when comparing them to other forms of process intensification, such as reactive distillation. The toluene disproportionation reaction was considered as a potential use for the technology and the optimisation tool was used to find optimum system configurations for achieving maximum toluene conversions and minimum costs. Nonlinear programming techniques were used initially to optimise these systems, but due to the discontinuities associated with multiple side streams, they were replaced by a genetic algorithm. Various system configurations were identified as achieving maximum conversions and minimum costs. These results were used in a comparison with results obtained from a literature study and the results showed significant promise. Unfortunately, the two studies did not have enough in common to truly produce a comprehensive result. This iv lead to further comparisons with another system using the same information. The results obtained in the toluene disproportionation case study showed that there was some possible benefits for using the side reactor systems, but the conventional system was still 30 and 60% cheaper in terms of capital and utility costs respectively. Another case study was investigated that looked at the synthesis of methyl acetate from acetic acid and methanol. The packed collocation model was used as a comparison with another investigation performed in literature (using equilibrium distillation models). Both showed comparable results, but still had significant differences. Costs were also compared between the side reactor system and a more conventional system for methyl acetate synthesis. The side reactor systems were found to be more cost effective than the conventional system. Additionally, an increase in the number of external reactors resulted in lower utility costs (mainly as a result of lower flow rates in the side streams). Overall, the reaction and process conditions are important considerations when deciding whether or not to use a side reactor system. For the gas phase toluene disproportionation reaction, the side reactor systems were not cost effective, when compared to the conventional system. However, the liquid phase methyl acetate reaction proved to be more conducive to side reactor systems in terms of cost. This thesis has shown the applicability of using rigorous disequilibrium distillation models in optimisation studies. The side reactor systems have been found to be complex systems that require a holistic approach to find optimum configurations instead of optimising individual process units.
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Salimi, Fariba. "Approche comparative de la simulation dynamique des colonnes de distillation à plateaux et à garnissage." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0474.
Full textAbstract:
L'objet de cette étude est de comparer le comportement dynamique d'une colonne à plateaux avec une colonne à garnissage en fonction discontinue. Un modèle mathématique a été développé pour une colonne de distillation à garnissage. Ce modèle a été appliqué pour un système de séparation d'un mélange de BTX (Benzène, Toluène, Xylènes). Les calculs ont été refaits pour le même système avec une colonne de distillation à plateaux. En fin de compte les résultats de la simulation dynamique des deux types de colonnes ont été obtenus par SPEEDUP, logiciel qui résout des systèmes d'équation algébro-différentielles. Les aspects numériques des approches séquentielle et équationnelle pour la simulation dynamique du procédé ont également été étudiés et comparés.
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Targui, Boubekeur. "Modélisation et observation des colonnes à distiller." Lyon 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LYO10020.
Full textAbstract:
Dans cette thèse nous nous sommes interessés à la modélisation dynamique des colonnes à distiller, au synthèse d'observateur pour les systèmes non linéaires, au synthèse d'estimateur pour les colonnes à distiller binaires. Dans un premier temps, nous avons établi un modèle dynamique de simulation de colonne à distiller, à ce dernier nous avons ajouté d'autres hypothèses simplificatrices pour obtenir d'autres modèles dynamiques de colonne à distiller plus favorables à l'application de notre théorie sur les observateurs. Dans un deuxième temps, nous avons rappelé les propriétés d'observabilité des systèmes non linéaires existants. Nous avons fait le tour de la littérature pour présenter les observateurs existants pour les différentes classes des systèmes linéaires ou non linéaires. Ensuite, nous nous sommes interessés au synthèse d'observateur pour les systèmes non linéaires contenant les modèles dynamiques des colonnes à distiller. En effet un observateur simple à gain constant est proposé pour l'estimation des concentrations dans les plateaux et la charge dans le plateau d'alimentation pour les colonnes à distiller binaires. La convergence de cet observateur est prouvée. Enfin, nous avons fait la synthèse d'observateur pour une autre classe de systèmes non linéaires contenant les modèles des colonnes à distiller binaires portant sur la dynamique des concentrations et les débits molaires liquides dans les plateaux. Ces résultats ont été appliqués à la distillation d'un mélange idéal méthanol-éthanol et d'un mélange non-idéal eau-méthanol
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Le, Rouzic Yann. "Observateurs non linéaires de colonnes à distiller : application industrielle." Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES070.
Full textAbstract:
Cette thèse expose une application industrielle du filtre de Kalman étendu à grand gain pour l'estimation et le contrôle des compositions d'une colonne à distiller. Elle démontre l'intérêt pratique des observateurs pour le contrôle des procédés en exposant une méthodologie d'application et les résultats d'implantation obtenus sur site. Cette application industrielle a pour but d'améliorer le contrôle d'une unité de distillation en couplant un observateur avec un contrôleur multi-variable linéaire existant. Le contrôleur étant déterminé à l'avance, les travaux se sont essentiellement attachés à fournir des techniques numériques adaptées à la structure du modèle représentatif du procédé. Le développement d'un outil pour l'estimation des compositions d'une colonne à distiller multi-composant a ainsi été réalisé. Les solutions employées permettent une application de l'observateur en temps réel et garantissent sa robustesse vis-à-vis de certains problèmes numériques. Toutefois, les contraintes d'application nécessitent l'emploi du filtre de Kalman étendu itéré dans sa version continue-discrète. Dès lors, les résultats théoriques établis dans les travaux précédents qui garantissaient la convergence exponentielle de l'estimée vers la valeur n'existent plus. Enfin, les résultats de simulation et ceux obtenus sur site par couplage avec le contrôleur multi-variable sont validés.
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MARGAGLIO, ELIZABETH. "Modelisation et commande de processus par des methodes neuronales et floues : applications aux colonnes de distillation." Rennes, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAR0004.
Full textAbstract:
La distillation est un procede tres important dans l'industrie chimique et petrochimique. Sa modelisation et sa commande ne sont pas des taches faciles a realiser, car il s'agit d'un procede tres complexe en raison de ses non-linearites et de sa nature multivariable ; en outre, il est soumis a de nombreuses perturbations et a des contraintes. Dans ce travail nous etudions l'application des reseaux de neurones et des systemes d'inference floue (sif) a la commande de procedes de distillation. Nous traitons principalement deux problemes, a savoir, la commande multivariable des compositions des produits en colonnes operant en continu et la commande optimale en colonnes operant en discontinu. Pour le probleme de commande multivariable des colonnes continues, nous utilisons des reseaux de neurones pour la modelisation et des sif pour la commande. Tout d'abord, nous realisons une comparaison entre plusieurs types de reseaux recurrents en fonction de leurs structures et d'un point de vue d'identification de systemes. Ensuite nous utilisons le plus approprie pour la modelisation inverse du procede de distillation. Ce modele inverse est utilise comme predicteur dans un schema de commande predicteur-correcteur. Le correcteur est implemente par des sif, dont les parametres sont adaptes a l'aide d'un algorithme de descente de gradient. L'utilisation de ce schema produit une amelioration des reponses du systeme aux changements de consigne et aux perturbations. Pour le probleme de commande optimale des colonnes discontinues, nous utilisons les sif et nous adaptons leurs parametres au moyen d'un algorithme d'apprentissage par renforcement, le q-learning flou. A notre connaissance, l'application de cette methode pour resoudre des problemes de commande optimale en colonnes de distillation discontinue n'a pas ete abordee jusqu'a present. Nous traitons differents problemes de commande optimale sur plusieurs procedes de distillation simules ainsi que sur un procede reel. Nous avons obtenu de bons resultats avec l'avantage supplementaire d'une grande simplicite de mise en uvre, l'algorithme s'adaptant tres bien a ce type de problemes.
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Mohammedi, Kamal. "Contribution à l’étude des garnissages en vrac en distillation sous pression réduite. Mesure d'aires interfaciales." Lyon, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAL0046.
Full textAbstract:
En distillation sous pression réduite, les échangeurs-de-matière à contact direct que sont les contacteurs gaz-liquide a garnissage en vrac, permettent de séparer les constituants de mélanges corrosifs et aussi de récupérer des produits dangereux pour 1' environnement comme les· solvants. La. Première partie de ce travail concerne la distillation dans· le domaine de pression compris entre 6 kPa et la pression atmosphérique. L'étude hydrodynamique dans une colonne garnie d'anneaux Raschig et de selles de Berl – Pertes de charge, retenue, DTS, débits à l'engorgement - et la détermination des paramètres de séparation HEPT, pouvoir séparateur - Permettent de compléter certains résultats déjà publiés et conduisent à remettre en cause l'aire interfaciale gaz-liquide. La deuxième partie est ainsi consacrée à la mesure de cette aire par mise en œuvre d'une absorption avec réaction chimique sous pression réduite. (Système Na2-SO3-O2-CO2+). Ces mesures sont précédées par une bibliographie qui reprend les principaux modèles de transfert de la matière, ainsi que les méthodes chimiques et travaux consacrés à l'aire interraciale notamment. Les résultats montrent que cette l'aire augmente avec le débit liquide et confirment les différences observées en distillation sous pression réduiteThis work is dealing with hydrodynamics and mass transfer in counter-current random packed columns under reduced pressure. It consists of two parts. The first part is about distillation under reduced pressure. This process is advantageous when heat sensitive and corrosive materials or used solvents are: concerned. In distillation particularly under reduced pressure, many is done but too much is still unknown or unpublished. Hydrodynamics and mass transfer parameters (pressure drop, hold-up residence time distribution , flooding , HETP) are obtained from Raschig rings and Berl saddles packed column. In the second part, highlighting the importance of gas-liquid interfacial area for data interpretation, we measured this parameter by performing and absorption with fast second order irreversible reaction (sulfite-oxygen-cobalt system) under reduced pressure
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Rizk, Joelle. "Étude et modélisation des conditions d’échanges dans les colonnes de distillation diabatiques : étude de la distribution des fluides." Paris, ENMP, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01003516.
Full textAbstract:
Les colonnes de distillation de l'air constituent l'un des procédés principaux de séparation des composants de l'air mais posent le problème des consommations énergétiques élevées. Dans le but de produire les quantités d'oxygène nécessaire pour les procédés d'oxycombustion à faibles coûts énergétiques, une colonne de distillation diabatique pour la séparation de l'air cryogénique est conçue et modélisée. Elle consiste en un échangeur tubes-calandre où les tubes constituent une première colonne opérant à basse pression et la calandre en constitue une deuxième opérant à haute pression. Les transferts de masse et de chaleur couplés sont modélisés et le fonctionnement de la colonne est simulé. Une analyse exergétique comparative entre trois types de colonnes de distillation d'air cryogénique montre que l'efficacité exergétique de la colonne diabatique conçue est 23 % fois plus élevée que celle des colonnes doubles conventionnelles. La distribution des mélanges dans les tubes et dans la calandre est un point clé dans le procédé de distillation dans l'échangeur tubes-calandre. Les différentes formes de mal répartition sont étudiées et des solutions proposées. Une colonne pilote est dimensionnée pour valider expérimentalement le concept théorique de la distillation diabatique de l'air cryogéniqueDistillation columns are one of the main methods used for separating the components of the air. Their inconvenient is the high energy consumption. In order to produce the oxygen needed for oxycombustion with low energy costs, a diabatic distillation column for cryogenic air separation is designed and modeled. It consists of a shell and tubes heat exchanger where the tubes constitute a first column operating at low pressure and the shell a second one operating at high pressure. Coupled mass and heat transfers are modeled and the diabatic column simulated. A comparative exergy analysis between three types of distillation columns for cryogenic air separation shows that the exergy efficiency of the diabatic column designed is 23 % higher than that of the conventional double columns. The distribution of the mixtures in the tubes and the shell is a key point in the distillation process in the shell and tubes heat exchanger. The different forms of uneven distribution are studied and solutions are proposed. A pilot is designed in order to validate experimentally the theoretical concept of diabatic distillation of cryogenic air
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Bezzina, Mohammed. "Approche statistique pour la génération de cascades optimales de colonnes de rectification avec récupération d'énergie." Toulouse, INPT, 1989. http://www.theses.fr/1989INPT007G.
Full textAbstract:
On propose dans ce memoire une methode fondee sur une analyse statistique des populations des couts des sequences de separation pour la conception optimale de cascades de colonnes de rectification avec recuperation d'energie. Apres avoir analyse l'essentiel des travaux traitant ce probleme, on presente un algorithme permettant de coder, d'enumerer et d'evaluer toutes les sequences de separation associees a un melange donne de constituants. L'etude exhaustive des populations des couts des sequences a permis de constater leur normalite, pour des melanges comportant plus de sept constituants. Un echantillonnage effectue sur la population des couts a ensuite conduit a la determination d'une solution quasi-optimale avec un tres faible taux d'exploration de l'ensemble des solutions; l'arret de la procedure d'echantillonnage est conditionne par une certaine valeur de la probabilite d'amelioration de la solution obtenue determinee au prealable. Apres avoir optimise les pressions operatoires des colonnes grace a une correlation semi-empirique qui a ete validee par une procedure rigoureuse d'optimisation, on a effectue la recuperation d'energie au sein de la cascade par croisement des flux thermiques issus des bouilleurs et des condenseurs, afin de reduire encore le cout des sequences obtenues par echantillonnage. Enfin une etude comparative a ete menee dans le but d'apprecier l'importance de l'optimisation des pressions et de la recuperation d'energie sur le cout total des sequences de separation
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Pasquier, Sylvain. "Modeling two-phase flows in columns equipped with structured packings : a multiscale porous medium approach." Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0070/document.
Full textAbstract:
La technologie la plus utilisée pour séparer les principaux composants de l'air est aujourd'hui ladistillation en colonne à garnissage structuré. Ce procédé se caractérise par un écoulement gazliquide contre-courant au sein d'une structure constituée de plaques corruguées placées parallèlement et agencées en packs. La description d'un tel procédé est rendue difficile par les très grandes dimensions du système et par la complexité des phénomènes à la petite échelle. La méthode de la prise de moyenne volumique, utilisée pour les problèmes de changement d'échelleen milieu poreux, est utilisée pour décrire le système à une échelle qui permet une résolution. Le travail est organisé en trois étapes. Dans un premier temps, pour les débits modérés, une méthode est proposée pour évaluer la perte de charge au sein de la structure en prenant en compte des rugosités de structure ou créées par des instabilités du film liquide. A ce stade, l'effet de la surface rugueuse est caractérisé par une condition limite effective. Le problème aux limites effectif pour la phase gaz est ensuite moyenné en volume pour obtenir un système d'équations à grande échelle. Le bilan de quantité de mouvement à grande échelle est une loi de Darcy généralisée aux écoulements inertiels, dans laquelle les paramètres effectifs contiennent les effets des instabilités de surfaces de la petite échelle. La seconde étape est dédiée à l'interaction entre les deux phases à plus hauts débits. On montre que des modèles qui incluent explicitement des termes croisés à grande échelle permettent de décrire l'écoulement au sein du garnissage à grands nombres de Reynolds. Plus généralement, ces modèles, peu utilisés dans la littérature sur les milieux poreux, s'avèrent adaptés pour les écoulements dans les milieux très perméables, pour lesquels des variations importantes de la perte de charge et des saturations sont observées. Enfin, on s'intéresse à la description de la distribution de la phase liquide au sein de la structurede garnissage. Une approche multiphasique, où la phase liquide est séparée en plusieurs pseudophases, est adaptée pour modéliser l'anisotropie de l'écoulement. Deux méthodes impliquant une approche à deux pseudo-phases et une approche à quatre pseudo-phases pour la phase liquide sont comparées. Cette dernière méthode est notamment utile pour décrire des régimes d'écoulement très différents, et permet de capturer à grande échelle les chemins préférentielssuivis par le film liquide au sein du garnissageDistillation in columns equipped with structured packings is today the most used technology for separating air in its primary components. This process is characterized by a counter-current gasliquid flow in a structure made of parallel corrugated sheets arranged in packs. The description of such system is constrained by the large dimensions of the columns and by the complexity of the local-scale phenomena. This leads to consider a strategy of upscaling, based on the volume averaging method, to describe the system at a scale at which a resolution is possible. The work is organized in three steps. As a first step, considering moderate flow rates, a methodology ofupscaling is developed to predict the pressure drop in the flow of the gas phase taking into account small scale roughnesses due to the structure itself or perturbations of the liquid film. At this stage, the effect of this rough surface is characterized by an effective boundary condition. The boundary value problem for the flow of the gas phase is volume averaged in order to derive a system of equations at large scale. The resulting momentum balance is a generalized Darcy's law for inertial flows, involving effective parameters accounting for the roughness at the microscale. The second step of this work focuses on the interaction between the two phases at higher flow rates. It is shown that models involving non-standard macroscopic cross-terms are more prone to describe the flow in packings at high Reynolds numbers than the models usually used in porousmedia sciences. More generally, these models are shown to characterize accurately processes in highly permeable media, where drastic changes of pressure drop and retention are observed. We finally study the distribution of the liquid phase in the structured packing. It is shown that a specific approach involving a multiphase model with liquid decomposition is required to capture the anisotropy generated in the flow of the liquid phase. Two methods involving two pseudo-phases and four pseudo-phases for the liquid phase are compared. This last method captures a number of very different distribution regimes in the column and offers additional flexibility to describepreferential paths of the liquid
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Kofman, Nicolas. "Films liquides tombants avec ou sans contre-écoulement de gaz : application au problème de l'engorgement dans les colonnes de distillation." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066306/document.
Full textAbstract:
Les films liquides tombants et cisaillés par un contre-écoulement de gaz jouent un rôle prépondérant dans de nombreux processus industriels. En effet, les ondes à l'interface gaz/liquide augmentent sensiblement les transferts de chaleur et de masse entre les deux phases. Nous avons cherché, dans un premier temps, à mieux comprendre la dynamique 2D et 3D d'un film liquide tombant sur un plan incliné grâce à des outils expérimentaux (visualisations par ombroscopie, mesures d'épaisseur) et numériques (modèles d'équations réduits, analyses de stabilité). Le point optimal de fonctionnement des procédés se situe proche de la limite d'engorgement caractérisée par un envahissement de l'espace disponible par la phase liquide. Notre objectif, dans un second temps, a été de mieux comprendre les mécanismes physiques à l'origine de l'engorgement grâce à la réalisation d'expériences en géométrie simplifiée (canal plan). Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'un contrat CIFRE entre le laboratoire FAST et la société Air Liquide afin d'appliquer les résultats au procédé de distillation de l'air. Deux dispositifs expérimentaux ont été mis en place : l'un à température ambiante (étude fondamentale), l'autre à température cryogénique (étude appliquée et confidentielle)Falling liquid films with or without a gazeous counter-flow play a leading role in many industrial process. Indeed, the waves at the gas/liquid interface increase noticeably the heat and mass transfer between both phases. We have tried, as a first step, to better understand the 2D and 3D dynamics of a liquid film falling down an inclined plane using experimental (shadowgraphy visualisations, thickness measurements) and numerical (reduced equation models, stability analysis) tools. The optimal operating conditions are closed to the limit of flooding characterized by an invasion of the available space by the liquid phase. Our goal, as a second step, has been to better understand the physical mechanisms at the origin of flooding using simplified geometry experiments (plane channel). These works fall within a CIFRE contract between the FAST laboratory and the Air Liquide company in order to apply the results to the air distillation process. Two experimental set-ups have been built : one at room temperature (fundamental study), the other at cryogenic temperature (applied and confidential study)
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Youssef, Siham. "Conception de colonnes de rectification complexes par une méthode short-cut : application aux cascades de séparation." Toulouse, INPT, 1989. http://www.theses.fr/1989INPT042G.
Full textAbstract:
Ce memoire est consacre a une methode short-cut de dimensionnement d'une colonne de rectification comportant plusieurs alimentations et soutirages lateraux pour la separation de melanges multi-constituants. La procedure est fondee sur un principe de decomposition de la colonne en plusieurs sections pour chacune desquelles il est possible de determiner le reflux minimum ainsi que le nombre de plateaux minimum a partir de formules classiques de fenske, underwood, gilliland. L'algorithme fournit tres rapidement le reflux operatoire, le nombre de plateaux theoriques, les debits et compositions des soutirages lateraux, la position des alimentations et des soutirages. Plusieurs exemples de nature differente sont presentes afin d'illustrer la mise en uvre de la procedure et du code de calcul. Les resultats fournis par cette methode short-cut sont compares avec ceux d'un programme rigoureux de simulation. L'accord qui est tres satisfaisant, permet de valider cette procedure rapide et tres interessante pour le dimensionnement de ce type de separation complexes ou l'initialisation de logiciels de simulation. Dans une deuxieme partie, on s'interesse a la synthese optimale de cascades de colonnes t a l'opportunite d'introduire des colonnes comportant au moins un soutirage intermediaire. Cette approche, a caractere evolutif permet de reduire le nombre de colonnes et l'energie totale necessaire a la separation. Apres une analyse des cascades complexes, on presente plusieurs exemples d'illustration justifiant le developpement d'une telle demarche
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Dahan, Laure. "Chromatographie en phase supercritique capillaire : application à la distillation simulée des produits pétroliers lourds." Paris 6, 2005. http://www.theses.fr/2005PA066287.
Full text
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Dudret, Stéphane. "Modèles de convection-diffusion pour les colonnes de distillation : application à l'estimation et au contrôle des procédés de séparation cryogéniques des gaz de l'air." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00874677.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation, pour le contrôle, des profils de compositions dans les colonnes de distillation cryogénique. Nous obtenons un modèle non-linéaire de convection-diffusion par réduction d'un modèle d'équations-bilans singulièrement perturbé. Du point de vue de l'automatique, nous nous intéressons à la stabilité des profils de compositions résultants, ainsi qu'à leur observabilité. Du point de vue du procédé, la nouvauté de notre modèle réside dans la prise en compte d'une efficacité de garnissage dépendant des conditions d'opération de la colonne. Le modèle est validé par des comparaisons avec des données de fonctionnement dynamique issues d'une unité de séparation réelle, pour la séparation d'un mélange binaire. Sur le cas plus complexe d'une cascade de colonnes séparant un mélange ternaire, le modèle montre une grande sensibilité aux erreurs d'estimation des taux de reflux. Des résultats adaptés du champ de la chromatographie nous permettent de relier cette sensibilité à des erreurs d'estimation des vitesses d'ondes de compositions cohérentes. En parallèle, nous proposons et testons également un modèle de fonctions de transfert simple (fondé sur des gains statiques et des retards purs uniquement) pour les petites dynamiques de compositions, qui dépend explicitement de valeurs mesurables ou observables sur le procédé
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Varga, Viktoria. "Distillation extractive discontinue dans une colonne de rectification et dans une colonne inverse." Phd thesis, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7533/1/varga.pdf.
Full textAbstract:
La thèse est consacrée à l'analyse de faisabilité systématique de la séparation des mélanges binaires azéotropiques (de point d'ébullition minimale et maximale) et ceux à faible volatilité relative en distillation extractive discontinue dans une configuration de colonne de rectification et dans une configuration de colonne de strippeur. Des tiers corps léger, intermédiaire et lourd sont appliqués pour la réalisation de la séparation dans chaque cas. La distillation extractive hétérogène discontinue avec un tiers corps lourd est aussi étudiée. Des méthodologies générales d'étude de faisabilité sont présentées sous la forme d'organigrammes pour ces procédés dans la configuration d'une colonne de rectification et d'une colonne de distillation inverse (strippeur). Des tableaux récapitulatifs contiennent tous les résultats obtenus dans l'analyse de faisabilité, notamment les conditions de faisabilité, les paramètres limitants et les étapes opératoires. Plusieurs points clefs de l'analyse de faisabilité sont validés par des résultats expérimentaux et par simulation.
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Stéger, Csaba. "Distillation discontinue extractive et réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire." Phd thesis, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7502/1/steger.pdf.
Full textAbstract:
La thèse est consacrée à l'étude de deux procédés hybrides importants du point de vue de l'intensification des procédés : la distillation extractive discontinue (DED) et la distillation réactive discontinue (DRD). La faisabilité de la séparation d'un mélange azéotropique à maximum a été montrée en utilisant un solvant intermédiaire dans une configuration traditionnelle de la DED. Une nouvelle configuration avec une alimentation inversée est présentée et sa plus grande efficacité a été prouvée. Une méthode de faisabilité générale est développée dans la deuxième partie de la thèse pour la DRD. La déduction des équations du modèle et un algorithme pour les résoudre sont présentés. La nouvelle méthodologie a été validée sur deux systèmes réactifs. Les résultats ont été validés par des simulations dans les deux cas et expérimentalement pour la DED.
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Lukacs, Timea. "Etude de la distillation réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire avec des réactions consécutives." Phd thesis, 2009. http://oatao.univ-toulouse.fr/7186/1/Lukacs.pdf.
Full textAbstract:
La distillation réactive est l’un des procédés chimiques intensifiés les plus reconnus, qui intègre la séparation et la réaction au sein d’un même appareil. Les principaux avantages de la distillation réactive concerne l’amélioration de la conversion de la réaction, la diminution significative des investissements, des coûts de fonctionnement, de la consommation énergétique, et de la production de sous produits. Une méthodologie de conception systématique, générale et hiérarchisée de la distillation réactive discontinue avec des réactions consécutives est présentée dans ce manuscrit. La méthode élaborée est présentée sur la transestérification du carbonate de diméthyle par le procédé de distillation réactive discontinue dans une colonne avec un bac intermédiaire. Après l’acquisition de données phisicochimiques de base nécessaire à notre méthode, une nouvelle méthode de l’analyse de faisabilité pour les systèmes multiréactifs et multiconstituant a été développée. L’étape suivante est l’analyse de sensibilité afin d’explorer les effets des paramètres du procédé. Une configuration faisable, qui est entièrement réactive avec une alimentation dans la partie supérieure et inférieure de la colonne et avec un bac intermédiaire a été choisie et étudiée au cours de l’analyse de sensibilité par des simulations rigoureuses effectuées en utilisant le logiciel ProSIM Batch.
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Phillpotts, David Nicholas Charles. "Nonlinear fault detection and diagnosis using Kernel based techniques applied to a pilot distillation colomn." Diss., 2007. http://hdl.handle.net/2263/23256.
Full textAbstract:
Fault detection and diagnosis is an important problem in process engineering. In this dissertation, use of multivariate techniques for fault detection and diagnosis is explored in the context of statistical process control. Principal component analysis and its extension, kernel principal component analysis, are proposed to extract features from process data. Kernel based methods have the ability to model nonlinear processes by forming higher dimensional representations of the data. Discriminant methods can be used to extend on feature extraction methods by increasing the isolation between different faults. This is shown to aid fault diagnosis. Linear and kernel discriminant analysis are proposed as fault diagnosis methods. Data from a pilot scale distillation column were used to explore the performance of the techniques. The models were trained with normal and faulty operating data. The models were tested with unseen and/or novel fault data. All the techniques demonstrated at least some fault detection and diagnosis ability. Linear PCA was particularly successful. This was mainly due to the ease of the training and the ability to relate the scores back to the input data. The attributes of these multivariate statistical techniques were compared to the goals of statistical process control and the desirable attributes of fault detection and diagnosis systems.Dissertation (MEng (Control Engineering))--University of Pretoria, 2008.
Chemical Engineering
MEng
Unrestricted