Recherche d'un modèle physico-chimique d'un réacteur industriel PDF Download

Author: Martin Hernandez-Luna
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Languages : fr
Pages : 222

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Author: Youssoufi Touré
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Pages : 0

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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

Author: ANNE-MARIE.. CRIGNON
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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

Author: Setijo.. Bismo
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Pages : 216

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LE REACTEUR ANNULAIRE, UN NOUVEAU TYPE DE REACTEUR DE DEPOT CHIMIQUE A PARTIR D'UNE PHASE VAPEUR (CVD), A MURS CHAUDS, CONSTITUE UNE ALTERNATIVE INTERESSANTE POUR RESOUDRE DIVERS PROBLEMES RENCONTRES, DANS L'INDUSTRIE MICROELECTRONIQUE, AVEC LES APPAREILS TUBULAIRES CONVENTIONNELS. LE BUT ETAIT D'ANALYSER SCIENTIFIQUEMENT LE FONCTIONNEMENT DE CE NOUVEAU REACTEUR, DANS DES CONDITIONS DE BASSE PRESSION (LPCVD), POUR LES CAS DE DEPOT DE SILICIUM PUR OU DOPE IN SITU AU PHOSPHORE PAR PYROLYSE DE SILANE OU DE DISILANE. UNE MODELISATION NUMERIQUE BIDIMENSIONNELLE A, AINSI, ETE DEVELOPPEE POUR DEUX ZONES BIEN DISTINCTES DANS LA CHAMBRE ANNULAIRE DU REACTEUR. LE PREMIER TRAITEMENT CONCERNE LA ZONE D'ENTREE, OU LES REACTIFS COMMENCENT A PRODUIRE DIVERSES ESPECES ACTIVES PAR DECOMPOSITION THERMIQUE, QUI VONT JOUER UN ROLE ESSENTIEL VIS-A-VIS DU DEPOT DANS LA ZONE SUIVANTE. LA SECONDE MODELISATION EST CONSACREE A L'ETUDE DES PHENOMENES PHYSICO-CHIMIQUES DANS LA ZONE DE DEPOT. CHACUN DES DEUX TRAITEMENTS IMPLIQUE LA DETERMINATION LOCALE ET BIDIMENSIONNELLE DES CHAMPS DE VITESSE, DE CONCENTRATIONS, DE TAUX DE REACTION CHIMIQUE DANS LE GAZ ET SUR LES SURFACES PAR INTEGRATION NUMERIQUE DES EQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES DE CONSERVATION DE LA MATIERE ET DE VITESSE DE REACTION. L'EXPLOITATION SYSTEMATIQUE DE CES DEUX MODELES ET LA CONFRONTATION DES RESULTATS DU CALCUL AVEC DES DONNEES EXPERIMENTALES SE SONT REVELEES RICHES D'ENSEIGNEMENTS ET ONT PERMIS DE PROGRESSER NETTEMENT DANS LA COMPREHENSION DES PHENOMENES COMPLEXES QUI SONT MIS EN JEU, NOTAMMENT, LORS DU DEPOT DE SILICIUM DOPE IN SITU AU PHOSPHORE. PAR AILLEURS, CES RESULTATS ONT OUVERT DIVERSES PERSPECTIVES, AUSSI BIEN SUR LE PLAN THEORIQUE QUE SUR LE PLAN PRATIQUE, QUI PERMETTENT D'ENVISAGER LA MISE AU POINT DE NOUVEAUX PROCEDES INDUSTRIELS PLUS PERFORMANTS

Author: Jean-Pierre Nieto
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Pages : 169

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Cette étude traite de la modélisation du fonctionnement d'un réacteur industriel continu de dépôt en phase vapeur à pression atmosphérique (APCVD). Cet appareil est utilisé dans l'industrie micro-électronique pour déposer des couches minces de dioxyde de silicium, pur ou dopé aux oxydes de bore et/ou de phosphore. Le modèle combine les équations régissant l'hydrodynamique des gaz, le transfert thermique, le transfert de matière, et les vitesses de réactions chimiques des différentes espèces ; il utilise comme base le logiciel commercial ESTET. Les depôts de dioxyde de silicium pur sont réalisés à partir de mélanges de tétraéthoxylane (TEOS) et d'ozone, dilués dans l'azote. Dans ce cas, le modèle exploite un schéma chimique proposé par des chercheurs antérieurs, mais qui a dû être repris et perfectionné, jusqu'à ce que le modèle reproduise convenablement les données expérimentales. Une fois qu'il a été mis au point, le modèle a été exploité pour déterminer l'influence des paramètres principaux du procédé. Cette étude a permis de déterminer d'intéressantes possibilités d'augmentation de la productivité du réacteur et d'amélioration de la qualité des dépôts ; ces propositions devront être confirmées par des essais industriels.

Author: Virginie Otton
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Languages : fr
Pages : 237

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CE TRAVAIL DE RECHERCHE S'INSCRIT DANS LE CADRE DE LA CONCEPTION D'UN SYSTEME DE CONTROLE D'UN PROCEDE DE TRAITEMENT D'EFFLUENTS DE L'INDUSTRIE PAPETIERE. DEUX APPROCHES PERMETTENT D'AMELIORER LES PERFORMANCES DE TRAITEMENT. D'UN POINT DE VUE GENIE DES PROCEDES, LE MONTAGE EXPERIMENTAL A ETE CONCU POUR OBTENIR DES PERFORMANCES TRES SATISFAISANTES DE DEPOLLUTION. PAR AILLEURS, LES EXPERIMENTATIONS REALISEES ONT PERMIS D'ELABORER UN MODELE EN METTANT EN EVIDENCE NOTAMMENT LA PRESENCE DE DISPERSION AXIALE ET EN RETENANT LA METHANOGENESE COMME ETAPE LIMITANTE DE LA DIGESTION ANAEROBIE. D'UN POINT DE VUE AUTOMATIQUE, LA MODELISATION DYNAMIQUE DU PROCEDE EST UN OUTIL ESSENTIEL DANS LA COMPREHENSION DU SYSTEME ET DANS LA PERSPECTIVE D'UN CONTROLE. LA COMPLEXITE DU PROCEDE IMPLIQUE UNE METHODOLOGIE RIGOUREUSE DE MODELISATION DE MANIERE A PRENDRE EN COMPTE TOUS LES PHENOMENES HYDRODYNAMIQUES ET BIOLOGIQUES PERTINENTS. AINSI, DEUX MODELES (HYDRODYNAMIQUE ET BIOLOGIQUE) ONT ETE ETABLIS ET VALIDES EXPERIMENTALEMENT. L'ETUDE DU PROCEDE COMPLET S'APPUIE SUR LES RESULTATS OBTENUS SUR LES DEUX SOUS-SYSTEMES DE MANIERE A CONCEVOIR UN MODELE DU PROCEDE FIABLE, DE NATURE ALGEBRO-DISTRIBUEE, QUI TRADUIT PRECISEMENT LES DYNAMIQUES DU PROCEDE (BIOLOGIQUE, HYDRODYNAMIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE). CE MODELE A ETE VALIDE EXPERIMENTALEMENT APRES REDUCTION DES EQUATIONS AUX DERIVEES PARTIELLES EN EQUATIONS DIFFERENTIELLES ORDINAIRES PAR COLLOCATION ORTHOGONALE. PAR AILLEURS L'ANALYSE DU SYSTEME EST BASEE SUR L'ANALYSE DE CHAQUE SOUS-SYSTEME QUI DEFINIT DES LIMITES DE VALIDITE. NOUS AVONS MONTRE QUE LE SYSTEME EST STABLE, OBSERVABLE ET COMMANDABLE POUR LES SORTIES ET LES ENTREES PHYSIQUES REELLES DU PROCEDE. PAR AILLEURS, L'ANALYSE DE STABILITE A PERMIS DE DEFINIR LA STRATEGIE DE COMMANDE A APPLIQUER COMME UNE STRATEGIE D'AMELIORATION DES PERFORMANCES PAR UNE COMMANDE ROBUSTE.

Author: Mahvand Vafaei Alamdari
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Languages : fr
Pages : 203

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La mise en œuvre de réactions chimiques exothermiques est fortement limitée par la dissipation de l’énergie libérée. Afin de proposer une solution à ce problème, un nouveau type de réacteur multifonctionnel a été développé par la société Alfa Laval. Ce réacteur chimique est un échangeur de chaleur à hautes performances au sein duquel des chicanes ont été introduits pour améliorer le mélange. Par ailleurs, les réactifs peuvent être injectés à différents points du réacteur. De plus, de nombreuses configurations de circulation des fluides réactifs et caloporteur sont possibles. L’OPR (Open Plate Reactor) contenant 3 passes, l’écoulement de ces deux fluides peut être alterné à co- ou contre-courant dans chaque passe d’où 8 configurations sera possible. Afin d’étudier l’écoulement, des mesures de Distribution des Temps de Séjour (DTS) ont été réalisées pour de nombreuses conditions opératoires et pour différentes viscosités de fluide. L’écoulement a été modélisé par le modèle des mélangeurs en cascade avec échange avec une zone stagnante. Les temps d’échange et la proportion de volume stagnant ont été précisément estimés en fonction des débits et des viscosités. Les bilans de chaleur et de matière ont été inclus dans ce modèle afin de simuler trois réactions chimiques en milieu liquide homogène et pour lesquelles les cinétiques de réaction sont connues : Hydrolyse alcaline de l’acétate d’éthyle, Hydrolyse alcaline de l’éthylène glycol diacétate, Oxydation du thiosulfate par le peroxyde d’oxygène. Un accord satisfaisant a été obtenu entre les résultats expérimentaux et le modèle au niveau de la productivité, conversion et de la sélectivité des réactions. Pour la réaction exothermique, les profils de température expérimentaux ont été comparés avec ceux obtenus par le modèle. Les résultats obtenus par le modèle s’accordent bien avec ceux des expériences. Cet accord est moins satisfaisant pour certaines conditions opératoires où la température du point chaud est surestimée. Cet écart a été imputé à la conduction axiale dans le solide, non considérée dans le modèle. Le modèle a aussi été utilisé pour étudier le comportement du réacteur dans des configurations pour lesquelles il n’y a pas de données expérimentales. De plus, un nouveau concept de modèle à compartiments a été développé pour simuler les résultats obtenus avec des réactions tests de micromélange au niveau des injections des réactifs

Author: Thierry Roger
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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: M. H. Hamza
Publisher: Anaheim, Calif. ; Calgary : Acta Press
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Category : Automatic control
Languages : en
Pages : 322

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Author: Sébastien Robert
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Languages : fr
Pages : 297

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LA CONCEPTION D'UN REACTEUR DYNAMIQUE DE DEPOLLUTION A L'AIDE D'UNE MOLECULE MODELE PAR PROCEDE PLASMA HORS EQUILIBRE A PRESSION ATMOSPHERIQUE A ETE L'OBJECTIF DE NOTRE TRAVAIL, EN CONSIDERANT LE ROLE DE L'OXYGENE COMME L'ETAPE CLE DE NOTRE DEMONSTRATION. LA QUALIFICATION DES PHENOMENES PHYSIQUES, HYDRODYNAMIQUES ET REACTIONNELS, QUI S'ETABLISSENT CONJOINTEMENT DANS LE REACTEUR A DECHARGES IMPULSIONNELLES, CONSTITUENT LES DIFFERENTS POINTS QUE NOUS AVONS DEVELOPPES LORS DE CETTE ETUDE. L'ETUDE A DEBUTE PAR LA CARACTERISATION HYDRODYNAMIQUE DU REACTEUR POINTE - PLAN PAR ANEMOMETRIE LASER DOPPLER, NOTAMMENT DES PHENOMENES D'ECOULEMENT ET DE RECYCLAGE. EN LES RELIANT AUX CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LE SEQUENCAGE DE L'ECOULEMENT D'UN POINT DE VUE TEMPOREL. DANS UN DEUXIEME TEMPS, L'ACETALDEHYDE CH 3CHO A ETE EMPLOYE COMME MOLECULE MODELE EN PRESENCE D'AIR, AFIN D'EFFECTUER LA CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DU REACTEUR PLASMA PAR LA TECHNIQUE GC/MS. LA VALIDATION D'UN BILAN MATIERE PRECIS A ETE OBTENUE EN CONSIDERANT LES REACTIONS EN PHASE HOMOGENE ET EN PHASE HETEROGENE, AINSI QUE LES ESPECES FORMEES NOTAMMENT LES R-NO X. LA NATURE DES PRODUITS FORMES A SOULIGNE LE ROLE DE L'OXYGENE DANS LES PROCESSUS D'OXYDATION ET D'ATTAQUE DE LA MOLECULE D'ACETALDEHYDE. AFIN D'ELUCIDER LES MECANISMES REACTIONNELS EN PHASE HOMOGENE, NOUS AVONS EU RECOURS A LA TECHNIQUE DE MARQUAGE ISOTOPIQUE A L'OXYGENE 1 8O ET AU DEUTERIUM. LES ECHANGES D'ATOMES D'OXYGENE ET LEUR REPARTITION DANS LES PRODUITS ONT DEMONTRE LE ROLE DES RADICAUX OXYGENES (OH ,̱ CO ,̱ O )̱ TANDIS QUE LE DEUTERIUM A PERMIS DE SOULIGNER LA PREPONDERANCE DE LA FONCTION METHYLE. ENFIN, A PARTIR DE LA DIVERSITE DES MOLECULES OBTENUES PAR TRAITEMENT PLASMA, LA MODELISATION STATIQUE THERMODYNAMIQUE ET CINETIQUE A PERMIS D'APPREHENDER LES COMPOSITIONS ET LE TEMPS DE SEJOUR NECESSAIRE A L'OBTENTION D'ESPECES STABLES ALORS QUE LE CODE DE CALCUL DYNAMIQUE FLUENT A CONFIRME L'ECOULEMENT OBSERVE.