Modélisation et commande d'un réacteur-échangeur industriel PDF Download
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Ce travail se place dans le cadre d'une application industrielle. L'étude est menée afin d'obtenir une meilleure maîtrise d'un réacteur chimique-échangeur de chaleur au sein d'une unité industrielle de polycondensation. Une modélisation globale de connaissance est réalisée pour décrire les phénomènes physiques complexes observés. L'identification d'un modèle représentatif de la cinétique de la réaction chimique principale, la polycondensation, a été au préalable nécessaire. Ce modèle de connaissance dynamique est constitué d'un système de plusieurs équations aux dérivées partielles non linéaires du premier ordre de type hyperbolique. Les conditions aux limites de type Dirichlet sont non classiques à cause de la présence d'un point frontière de discontinuité de modèle dont la position varie dans le temps. Des méthodes numériques simples sont proposées pour résoudre ces différents points et réaliser une simulation du réacteur en régimes permanent et dynamique. Ceci a permis une validation du modèle de connaissance sur des mesures effectuées sur le procédé réel. Enfin, du modèle validé ont été déduits deux modèles de conduite simplifiés pour la commande du réacteur. L'un est un modèle à paramètres localisés de structure multivariable et l'autre est un système linéaire à paramètres répartis. Une loi de commande en dimension finie, optimale et multivariable avec contraintes, est appliquée aux deux modèles en simulation pour établir des propriétés comparatives en vue de l'application concrète au procédé réel
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Ce travail se place dans le cadre d'une application industrielle. L'étude est menée afin d'obtenir une meilleure maîtrise d'un réacteur chimique-échangeur de chaleur au sein d'une unité industrielle de polycondensation. Une modélisation globale de connaissance est réalisée pour décrire les phénomènes physiques complexes observés. L'identification d'un modèle représentatif de la cinétique de la réaction chimique principale, la polycondensation, a été au préalable nécessaire. Ce modèle de connaissance dynamique est constitué d'un système de plusieurs équations aux dérivées partielles non linéaires du premier ordre de type hyperbolique. Les conditions aux limites de type Dirichlet sont non classiques à cause de la présence d'un point frontière de discontinuité de modèle dont la position varie dans le temps. Des méthodes numériques simples sont proposées pour résoudre ces différents points et réaliser une simulation du réacteur en régimes permanent et dynamique. Ceci a permis une validation du modèle de connaissance sur des mesures effectuées sur le procédé réel. Enfin, du modèle validé ont été déduits deux modèles de conduite simplifiés pour la commande du réacteur. L'un est un modèle à paramètres localisés de structure multivariable et l'autre est un système linéaire à paramètres répartis. Une loi de commande en dimension finie, optimale et multivariable avec contraintes, est appliquée aux deux modèles en simulation pour établir des propriétés comparatives en vue de l'application concrète au procédé réel
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Ce travail se place dans le cadre d'une application industrielle. L'étude est menée afin d'obtenir une meilleure maîtrise d'un réacteur chimique-échangeur de chaleur au sein d'une unité industrielle de polycondensation. Une modélisation globale de connaissance est réalisée pour décrire les phénomènes physiques complexes observés. L'identification d'un modèle représentatif de la cinétique de la réaction chimique principale, la polycondensation, a été au préalable nécessaire. Ce modèle de connaissance dynamique est constitué d'un système de plusieurs équations aux dérivées partielles non linéaires du premier ordre de type hyperbolique. Les conditions aux limites de type Dirichlet sont non classiques à cause de la présence d'un point frontière de discontinuité de modèle dont la position varie dans le temps. Des méthodes numériques simples sont proposées pour résoudre ces différents points et réaliser une simulation du réacteur en régimes permanent et dynamique. Ceci a permis une validation du modèle de connaissance sur des mesures effectuées sur le procédé réel. Enfin, du modèle validé ont été déduits deux modèles de conduite simplifiés pour la commande du réacteur. L'un est un modèle à paramètres localisés de structure multivariable et l'autre est un système linéaire à paramètres répartis. Une loi de commande en dimension finie, optimale et multivariable avec contraintes, est appliquée aux deux modèles en simulation pour établir des propriétés comparatives en vue de l'application concrète au procédé réel
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LE PRESENT TRAVAIL CONCERNE, DANS UNE PREMIERE PARTIE, LA MODELISATION D'UN REACTEUR CHIMIQUE SEMI-CONTINU INDUSTRIEL, CELLE-CI ETANT ENSUITE APPLIQUEE A LA COMMANDE MULTIVARIABLE NON LINEAIRE. LES BILANS INSTANTANES DE MATIERE ET D'ENERGIE ONT D'ABORD ETE ETABLIS. UNE METHODOLOGIE A ETE MISE AU POINT POUR DECRIRE LE SYSTEME REACTIONNEL CORRESPONDANT, CECI A L'AIDE D'UNE APPROCHE HYBRIDE MOLECULES/GROUPEMENTS FONCTIONNELS. L'ETUDE DE STABILITE MENEE SUR LE PROCEDE EN A MONTRE LE CARACTERE INSTABLE. A L'AIDE D'UN CERTAIN NOMBRE D'EXPERIENCES, LES PARAMETRES CINETIQUES DES REACTIONS PRINCIPALES DE LA SYNTHESE ETUDIEE ONT PU, A L'AIDE DE METHODES SPECIFIQUES, ETRE ESTIMES PAR LE LOGICIEL SIMULBATCH(R) PRECEDEMMENT DEVELOPPE. AVEC CES DONNEES, LE LOGICIEL EST ENSUITE CAPABLE DE REPRODUIRE CORRECTEMENT L'EVOLUTION DYNAMIQUE DES TEMPERATURES ET DES CONCENTRATIONS DU MILIEU REACTIONNEL. LE MODELE A ETE VALIDE POUR DES CHAUFFAGES-REFROIDISSEMENTS D'INERTES AINSI QU'AVEC DIFFERENTS SYSTEMES REACTIONNELS. L'INTEGRATION EN TEMPS REEL D'UN SYSTEME D'EQUATIONS DIFFERENTIELLES REPRESENTATIVES DU PROCEDE, RECALE EN LIGNE, PERMET D'EFFECTUER UNE LINEARISATION ET UN DECOUPLAGE DYNAMIQUE PAR REBOUCLAGE DU SYSTEME A REGULER. CE NOUVEAU SYSTEME EST ALORS REGULE PAR UNE TECHNIQUE DE COMMANDE PREDICTIVE ROBUSTE. CETTE APPROCHE FEEDFORWARD/FEEDBACK PERMET DE PRENDRE EN COMPTE L'INSTATIONNARITE ET LES NON LINEARITES INHERENTES A CE TYPE DE PROCEDE. LE MODULE DE COMMANDE ET DE COMMUNICATION A ETE ECRIT EN C#+#+ DANS L'ENVIRONNEMENT WINDOWS#T#M, CE QUI A PERMIS DE DEVELOPPER UN OUTIL CONVIVIAL POUR L'UTILISATEUR ET POUR LE PROGRAMMEUR ET A DONNE LIEU AU LOGICIEL SISOBATCH(R). L'ASSOCIATION DE CE MODULE A SIMULBATCH(R) A DONNE LIEU AU LOGICIEL DE COMMANDE DE REACTEURS CHIMIQUES DISCONTINUS, COMMANDBATCH(R).
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LA MAITRISE D'UNE REACTION REALISE EN SEMI-CONTINU IMPLIQUE LE CONTROLE DES TRAJECTOIRES DE TEMPERATURE ET DE CONCENTRATION. LA COMMANDE DE TEL SYSTEME IMPLIQUE LA MODELISATION DU PROCESSUS PAR COUPLAGE IRREDUCTIBLE DE BILANS DE MATIERE ET D'ENERGIE. NOUS PROPOSONS UNE METHODE PAR L'ELABORATION ET L'IDENTIFICATION DE MODELES DE CONNAISSANCE DE REACTEURS FERMES OU SEMI-FERMES, BASEE SUR UNE APPROCHE DE TYPE GENIE CHIMIQUE ET CONSTITUEE DE DEUX ETAPES: MODELISATION DES TRANSFERTS THERMIQUES DANS LE REACTEUR ET IDENTIFICATION D'UN MODELE CINETIQUE FORMEL. EN EXEMPLES SONT TRAITEES LA MODELISATION D'UNE REACTEUR PILOTE DE 160 L, ET CELLE D'UN REACTEUR INDUSTRIEL DE 12.5 M#3. LA REACTION QUI SERT DE SUPPORT A NOTRE ETUDE EST UNE POLYMERISATION EN EMULSION
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CE TRAVAIL CONCERNE LA CONDUITE THERMIQUE D'UN REACTEUR DISCONTINU A DOUBLE-ENVELOPPE MUNI D'UN SYSTEME DE CHAUFFAGE-REFROIDISSEMENT PAR MONOFLUIDE, QUI CIRCULE A DEBIT CONSTANT DANS UNE BOUCLE EN CIRCUIT FERME. SUR CE CIRCUIT, SONT DISPOSES DES ECHANGEURS ET UN CRAYON CHAUFFANT. LE CONTROLE DE LA TEMPERATURE MASSE, LORS DU SUIVI D'UN PROFIL DE CONSIGNE, EST REALISE EN MODIFIANT LA TEMPERATURE DU MONOFLUIDE PAR ACTION SUR LA PUISSANCE DE CHAUFFE OU SUR LES DEBITS DE REFRIGERANTS DES ECHANGEURS. UN REACTEUR PILOTE DE 1 LITRE A ETE REALISE POUR NOTRE ETUDE ET PARALLELEMENT, NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE DE SIMULATION DE L'ENSEMBLE REACTEUR-SYSTEME THERMIQUE AFIN DE MULTIPLIER A LA FOIS LES EXPERIENCES ET D'EXTRAPOLER LES RESULTATS A DES REACTEURS DE TAILLE INDUSTRIELLE. NOUS AVONS ETUDIE DEUX STRUCTURES DE REGULATION QUI SONT, D'UNE PART LA COMMANDE DIRECTE ENTRE LA TEMPERATURE MASSE ET LA PUISSANCE DE CHAUFFE OU LE DEBIT DES REFRIGERANTS, ET D'AUTRE PART, LA COMMANDE EN CASCADE ENTRE LA TEMPERATURE MASSE, CELLE DE LA DOUBLE ENVELOPPE ET LES ELEMENTS EXTERNES. DEUX TYPES D'ALGORITHMES DE CONTROLE ONT ETE COMPARES: UN PID CLASSIQUE ET UN ALGORITHME DE COMMANDE ADAPTATIVE BASEE SUR LA COMMANDE PREDICTIVE GENERALISEE A DOUBLE MODELE DE REFERENCE (GPC). NOTRE ETUDE A MONTRE QUE LES MEILLEURS RESULTATS ETAIENT OBTENUS EN ASSOCIANT UN GPC POUR LA BOUCLE MAITRE AVEC UN PID SUR LA BOUCLE ESCLAVE. ENFIN, NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE LA DYNAMIQUE DE LA BOUCLE EXTERNE SUR LA CONDUITE DU REACTEUR. FINALEMENT, NOUS AVONS ENVISAGE EN SIMULATION, D'AUTRES CONFIGURATIONS DE SYSTEMES MONOFLUIDES ET ANALYSE LEUR CONDUITE, POUR DES REACTEURS D'1 LITRE ET DE 100 LITRES
Author: Mohammed Ali Arbaoui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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Ce mémoire porte sur la modélisation et la commande prédictive fonctionnelle d'un échangeur thermique à contre courant. Deux approches partielle et globale ont été proposées. La première approche est semi-analytique et consiste à caractériser la dynamique des températures le long de l'échangeur à partir d'une modélisation partielle. L'évolution des températures est approchée par une réponse de type premier ordre. La deuxième approche est globale, fondée sur le théorème de convexité. Elle est basée sur un bilan global de l'échangeur thermique. Seules les températures d'entrée et de sortie sont prises en compte. Les équations représentant les échanges thermiques en régime stationnaire ont été mises sous une forme convexe. Ensuite, les deux approches ont été couplées à la commande prédictive fonctionnelle pour contrôler l'échangeur thermique à contre courant d'une part en configuration de réchauffeur et d'autre part en configuration de refroidisseur. Dans la première configuration, le modèle renouvelle ses paramètres à chaque instant en fonction de la variable de contrôle. Dans la deuxième configuration, la propriété de convexité des échanges thermiques a permis de distinguer les effets linéaires des températures d'entrée des effets non linéaires des débits. Une loi de commande générique permet le contrôle du procédé soit par la température d'entrée soit par le débit. La commande aété testée en prenant le débit comme variable de contrôle. Dans la loi de commande, ce n'est pas l'entrée principale qui est calculée mais plutôt le paramètre qui est évalué. La robustesse de cete technique couplée aux modèles développés a été testée.
Author: Thierry Roger Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 135
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La première partie de cette étude concerne l'écriture d'un modèle simplifié mais suffisamment pertinent pour être représentatif du comportement d'un réacteur chimique semi-fermé et de son contenu. La seconde partie présente la mise en oeuvre d'un logiciel destiné à la simulation, l'estimation paramétrique, l'optimisation et la commande de procédés de la chimie fine à partir de ce modèle qui, dans un but de généralisation, est mis sous la forme d'équation d'état et formellement linéarisé. Le programme écrit en langage orienté objet C++, de conception modulaire et évolutive, autorise l'extension du système constitué du réacteur et du mélange réactionnel à d'autres éléments tels qu'une colonne de rectification. Il permet également d'envisager, sans trop de difficulté, le passage au réacteur continu. Il utilise pour le calcul une représentation matricielle des données qui se traduit par une exploitation des résultats de l'automatique plus aisée. La validation du modèle, menée dans des réacteurs en acier émaillé et en verre d'une capacité de cinq litres, a été opérée pour des séquences de chauffage et de refroidissement d'espèces inertes, la synthèse du diacétate de résorcinol et une réaction acide fort-base forte. Des études effectuées en parallèle ont utilisé ce programme sur des systèmes réactionnels plus complexes, de polycondensation, mis en oeuvre sur d'autres réacteurs (en acier inoxydable de 10 litres), les résultats obtenus ont été satisfaisants. Une installation pilote, dont le système de chauffage-refroidissement est basé sur le principe du mono-fluide, a été réalisée. Des régulateurs simples, implantés sur un automate programmable, permettent le contrôle de la température du fluide caloporteur. L'architecture matérielle retenue pour le contrôle et la commande de l'installation pilote propose l'insertion d'un calculateur dans le schéma classique constitué d'un superviseur et d'un automate programmable. Le dialogue entre ces trois éléments est opérationnel et permet la conduite de l'installation pilote en mode manuel ou automatique
Author: Sami Bahroun Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'objet de cette thèse est la modélisation et la commande par approche thermodynamique des réacteurs catalytiques triphasiques en mode continu et en mode discontinu. Ce type de réacteur consiste en un système fortement non linéaire, multivariable et siège de réactions exothermiques. Nous utilisons les concepts de la thermodynamique irréversible pour la synthèse de lois de commande stabilisante pour ces deux types de réacteurs chimiques. En effet, la stricte concavité de la fonction d'entropie nous a permis de définir une fonction de stockage qui sert de fonction de Lyapunov candidate : la disponibilité thermodynamique. Nous utilisons cette fonction de disponibilité thermodynamique pour la synthèse de lois de commande stabilisante d'un mini-réacteur catalytique triphasique intensifié continu. Une stratégie de contrôle à deux couches (optimisation et contrôle) est utilisée pour contrôler la température et la concentration du produit à la sortie du réacteur en présence de perturbations à l'entrée du réacteur. Les performances du contrôleur mis en place sont comparées en simulation à celles d'un régulateur PI. Dans certains cas, l'utilisation de la fonction de disponibilité thermodynamique s'avère problématique. Une autre étude effectuée sur cette fonction nous permet de déterminer une nouvelle fonction de Lyapunov : la disponibilité thermique. Nous utilisons par la suite la fonction de disponibilité thermique pour la synthèse de lois de commande stabilisante d'un réacteur catalytique triphasique semi-fermé. Un observateur grand gain est utilisé pour estimer la vitesse de réaction à partir des mesures de la température du milieu réactionnel. Cette estimation est injectée ensuite dans le calcul de la loi de commande mise en place. La robustesse du schéma de contrôle est testée en simulation face à des incertitudes de modélisation, des perturbations et des bruits de mesure.
Author: Youssoufi Touré
Author: Youssoufi Touré
Author: Youssoufi Touré
Author: THIERRY.. MONGE
Author: Gilbert Mathieu
Author: ANNE-MARIE.. CRIGNON
Author: Gilbert Mathieu
Author: Anne-Marie Gaudy
Author: Mohammed Ali Arbaoui
Author: Thierry Roger
Author: Sami Bahroun