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Des usages de la simulation numérique pour le développement de procédés

Septembre 2013

CFD simulation

 

La simulation numérique est un pilier essentiel de l'activité d'IFPEN pour la mise au point et le développement de nouvelles technologies dans le domaine de l'énergie. Elle est employée pour des applications très diverses et dans le cadre de différents domaines scientifiques. La collaboration d'IFPEN avec des équipes de recherche académique de premier plan lui permet, en outre, de développer des méthodologies originales dont l'usage peut dépasser son cadre d'intervention traditionnel. Cette excellence dans la maîtrise des outils de simulation est illustrée par de récentes co-publications dans le domaine du développement de procédés dans Chemical Engineering Journal :

A Monte-Carlo modeling methodology for the simulation of hydrotreating process : nouvelle approche de modélisation cinétique pour la prédiction des performances de procédés d'hydrotraitement.
L'originalité de la méthode réside dans la modélisation simultanée, au niveau moléculaire, de la composition de la charge et des réactions mises en œuvre dans le procédé.
En utilisant un algorithme de reconstruction moléculaire, la composition du mélange est représentée par un ensemble de molécules. Cette procédure couple une reconstruction stochastique et une reconstruction par maximisation de l'entropie.
Le procédé d'hydrotraitement est ensuite simulé en appliquant, réaction par réaction, les principales transformations chimiques sur le mélange de molécules, à l'aide d'un algorithme de Monte Carlo cinétique.
Validée sur un cas d'application réelle, cette méthode permet d'améliorer la mise en œuvre du procédé par une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu. Cette approche originale permet ainsi de surmonter le manque de données sur ces mélanges complexes.
Luís Pereira de Oliveira, Jan J. Verstraete, Max Kolb, "A Monte Carlo modeling methodology for the simulation of hydrotreating processes", Chemical Engineering Journal (2012) vol. 207–208, pp. 94–102.
http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2012.05.039

Simulation and Kinetic study of transesterification of triolein to biodiesel : simulation numérique de phénomènes couplés (thermodynamiques, cinétiques, diffusionnels...).
L'étude en question portait sur les phénomènes parasites d'un procédé catalytique de production de biodiesel par transestérification d'huiles végétales. Elle a permis une compréhension fine de ces phénomènes, puis le développement d'un modèle numérique, calé sur des résultats de mesure, grâce auquel il a été possible d'optimiser le procédé à différents égards : dimension, consommation d'énergie, suppression d'intrants (méthanol).
J.F. Portha et al., Simulation and kinetic study of transesterification of triolein to biodiesel using modular reactors, Chem. Eng. J. (2012)
http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2012.06.106

Numerical CFD Simulation of a batch stirred tank reactor with stationary catalytic basket : simulation numérique (CFD) des écoulements liquide/solide dans des réacteurs agités à panier catalytique utilisés pour le test de catalyseurs mis en forme.
L'utilisation de la CFD a permis une description prédictive des conditions de transferts liquide/solide, en fonction des conditions opératoires. Les calculs numériques réalisés améliorent la connaissance de l'hydrodynamique de ces outils de test à la fois pour le pilotage des essais et en terme d'exploitation des résultats. Ce type d'approche permet également de tester virtuellement différentes configurations d'outils, qui visent une amélioration soit des conditions de test soit de la configuration des équipements existants
Vania Santos-Moreau, Lena Brunet-Errard, Matthieu Rolland, "Numerical CFD Simulation of a batch stirred tank reactor with stationary catalytic basket", Chemical Engineering Journal, vol. 207-208, 596-606
http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2012.07.020
 

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