Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

République Algérienne Démocratique & Populaire Ministère de l’Enseignement Supé

République Algérienne Démocratique & Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur & de la Recherche Scientifique Université Hassiba Ben Bouali de Chlef Faculté des Sciences & Sciences de l’Ingénieur Département Génie des Procédés MEMOIRE DE MAGISTER Option : Génie chimique Présentée par : Melle. OUAGUED Malika Devant le jury constitué de: Mr. L. Loukerfi Professeur à UHB de Chlef Président Melle.S. Kouadri Mostafa Maître de conférences à UHB de Chlef Rapporteur Mr. D. Achour Maître de conférences à UHB de Chlef Examinateur Mr. S. Hanini Maître de conférences au CU de Média Examinateur Mr. S. Abudura Maître de conférences au CU de Média Examinateur CHLEF le 23/04/2006 κΨϠϤϟ΍ ΝϭΩΰϣϊτϘΘϣϞϋΎϔϤϟϱέ΍ήΤϟ΍ϒϳήμΘϟ΍Δγ΍έΪϟϲϜϴϣΎϨϳΩϲϛΎΤϣήϳϮτΗϲϓϢϫΎγϞϤόϟ΍΍άϫ ϦϴΨδΗϡΎψϨΑΰϬΠϣϑϼϐϟ΍ / ΔϋϮϴϤϟ΍ϱΩΎΣ΃ΪϳήΒΗ . ϦϴΨδΗϢϠϘΑϲϟ΍ϮΘϟ΍ϰϠϋϥΎϧϮϤπϣΪϳήΒΘϟ΍ϭϦϴΨδΘϟ΍ ΩΎΒϣϭ ΢΋ΎϔλϭΫϦϴϳέ΍ήΣϦϴϟ . ΍άϫϝΎϤόΘγ΍ϥ΍ϰϟ΍ϲϛΎΤϤϠϟΔϴΒϳήΠΘϟ΍Δγ΍έΪϟ΍ϩάϫϝϼΧϦϣΎϨϠλϮΗΪϘϟ ΓΪϴΟΞ΋ΎΘϧϲτόϳϞϋΎϔϤϟ΍ϲϓϲϓΎμϟ΍˯ΎϤϠϟΪϳήΒΘϟ΍ϭϦϴΨδΘϟ΍ΓΎϛΎΤϤϟήϴΧϷ΍ . ϝΎϤόΘγ΍ϚϟΫϰϟ·ΔϓΎοϹΎΑ ΎΘϨϴΑϮϠϜϴγΐϴϛήΘϟΔϴϟΎΘΘϣΔϴ΋ΎϴϤϴϛ ΕϼϋΎϔΗΪϳήΒΗϭϦϴΨδΗϲϓϲϛΎΤϤϟ΍ ϦϴΒΗϥΎϳΩΎΘϧΎΑϮϠϜϴγϦϣϝϮϳΪϴϧ ΐϴϛήΘϟ΍΍άϫϖϴϘΤΗϯήΛ΍ΔϠμΤϤϟ΍ Ξ΋ΎΘϨϟ΍ϦϴδΤΘΑ΢Ϥδϳϲ΋ΎϴϤϴϜϟ΍ΞϳΰϤϟ΍ϦϴΨδΗϥΎΑ . ΕΎϤϠϜϟ΍ ΔϳήϫϮΠϟ΍ : ϞϋΎϔϣ ϱϭΎϤϴϛ ϊτϘΘϣ - Δϳέ΍ήΤϟ΍ΔΒϗ΍ήϤϟ΍ - ϲϜϴϣΎϨϳΩϲϛΎΤϣ . . RESUME Ce travail concerne la contribution au développement d’un simulateur dynamique pour étudier la conduite thermique d’un réacteur discontinu à double enveloppe équipé d’un système de chauffage/refroidissement de type monofluide. Le chauffage et le refroidissement sont assurés respectivement par un crayon chauffant et deux échangeurs de chaleur à plaques. La validation du simulateur montre que l’utilisation de ce dernier pour la simulation de chauffage et de refroidissement de l’eau pure dans le réacteur donne de bons résultats. De plus l’application du simulateur à des réactions consécutives pour la synthèse du cyclopentanediol à partir du cyclopentadiene montre que le chauffage du mélange réactionnel permet d’améliorer les résultats obtenus lors de la réalisation de cette synthèse. MOTS CLES : Réacteur chimique discontinu- conduite thermique- Simulateur dynamique. ABSTRACT This work relates to the contribution to the development of a dynamic simulator to study the thermal control of a jacketed batch reactor equipped with a monofluid heating/cooling system type. The heating and the cooling are assured respectively by electric resistance and two plate heat exchanger. The validation of the simulator shows that the application of this last for the simulation of heating and cooling of pure water in the reactor gives good results. Moreover the application of the simulator to consecutive reactions for the synthesis of the cyclopentanediol starting from the cyclopentadiene shows that the prediction and the taking into account of the heating of the reactional mixture make it possible to improve the results obtained at the time of the realization of this synthesis. KEY WORDS: Batch chemical reactor- Thermal control- Dynamic simulator. A la mémoire de ma très chère grand-mère A mes chers parents, Qu’ils trouvent ici l’hommage de ma gratitude qui, si grande qu’elle puise être, ne sera jamais à la hauteur de leur éloquence et leur dévouement. Aucune dédicace ne saura vous exprimer la profondeur de mes sentiments. A mes aimables s°urs et frères, En témoignage de mon amour fraternel et de mon attachement éternel. A tous mes amis et mes collègues sans exception A tous ceux qui me sont chère Table de matière TABLE DES MATIERES NOMENCLATURE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES INTRODUCTION GENERALE 01 CHAPITRE 1 : PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE 04 1.1. Introduction ……………………………………………………………………….. 05 1.2. La simulation dynamique………………………………………………………….. 05 1.3. Les réacteurs chimiques ……………………………………………………........... 06 1.3.1. Classification des réacteurs chimiques………………………………............ 06 1.3.2. Risques thermiques et sécurité des réacteur ………………………………... 11 1.4. Chimie fine et réacteur discontinu………………………………………………… 15 1.4.1. Le réacteur discontinu ……………………………………………………… 16 1.5. Contrôle thermique d’un réacteur discontinu………………………………............ 18 1.6. Système de Chauffage/Refroidissement…………………………………………… 19 1.6.1. Système de chauffage/refroidissement multifluide…………………………. 19 1.6.2. Système de chauffage/refroidissement monofluide …………………........... 19 1.6.3. Les sources de chauffage/ refroidissement…………………………………. 20 1.7. Principales configurations du système monofluide………………………………... 22 1.7.1. Chauffage direct – Refroidissement direct………………………………….. 23 1.7.2. Chauffage en série – Refroidissement direct……………………………….. 23 1.7.3. Chauffage indirect – Refroidissement direct……………………………….. 24 1.7.4. Chauffage indirect – Refroidissement indirect………………………........... 25 1.7.5. Chauffage en série – Refroidissement indirect………………………........... 26 1.7.6. Chauffage en série – Refroidissement en série……………………….......... 27 1.8. Études réalisées sur les systèmes monofluides……………………………………. 28 1.9. Conclusion………………………………………………………………………… 30 CHAPITRE 2 : MODELISATION DU PROCEDE ETUDIE 31 2.1. Introduction……………………………………………………………………….. 32 2.2. Description du modèle du réacteur étudié ………………………………………… 32 2.3. Modélisation du procédé…………………………………………………….......... 35 2.3.1. Modélisation du réacteur…………………………………………………… 37 2.3.2. Modélisation de la double-enveloppe………………………………………. 43 2.3.3. Modélisation de la boucle thermique…………………………………........... 48 2.3.3.1. Modélisation du crayon chauffant………………………………….. 49 2.3.3.2. Modélisation des échangeurs de chaleur……………………………. 52 2.3.3.3. Modélisation des conduites…………………………………………. 58 2.3.3.4. Modélisation de la vanne trois voies………………………………... 60 2.4. Bilan global………………………………………………………………………… 62 2.5. Calcul des propriétés physiques des fluides utilisés………………………………. 66 2.5.1. Calcul des propriétés physiques de l’eau……..……………………........... 66 2.5.2 Calcul des propriétés physiques de l’éthylène glycol à 50%........................ 67 2.5.3. Calcul des propriétés physiques de l’air………………………………….. 68 2.6. Calcul des coefficients de transfert de chaleur…………………………………….. 69 2.6.1. Coefficients d’échange de chaleur pour le réacteur et sa double- enveloppe………………………………………………………………… 69 2.6.2. Coefficients d’échange de chaleur pour les échangeurs de chaleur……………………………………………………………………. 73 2.6.3. Coefficients d’échange de chaleur dans les conduites…………………….. 75 2.6.4. Coefficients d’échange de chaleur pour le crayon chauffant……………… 78 2.7. Conclusion…………………………………………………………………………. 80 CHAPITRE 3 : ANALYSE DES PERFORMANCES DU SIMULATEUR 81 3.1. Introduction ……………………………………………………………………….. 82 3.2. Méthode numérique d’intégration…………………………………………………. 82 3.3. Méthode de programmation………………………………………………………... 83 3.4. Organigramme de simulation dynamique de la conduite thermique d’un réacteur discontinu à double-enveloppe…………………………………………………… 85 3.5. Validation du simulateur…………………………………………………………… 86 3.5.1. Validation du simulateur avec de l’eau pure………………………………. 86 3.5.1.1. Résultats de simulation ……………………………………………. 86 3.5.1.2. Comparaison des Résultats ………………………………………... 93 3.5.2. Validation du simulateur avec une synthèse chimique……………………… 100 3.5.2.1. Simulation avec coulée…………………………………………….. 101 3.5.2.2. Simulation sans coulée…………………………………………….. 105 3.6. Conclusion…………………………………………………………………………. 109 CONCLUSION GENERALE 111 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE ANNEXE Nomenclature NOMENCLATURE Lettres romaines Acond,pcond j : surface d’échange totale entre le monofluide et la paroi de la conduite j (m2) Aext,pcond j: surface d’échange entre la paroi de la conduite j et le milieu extérieur (m2) Afc,pch : surface d’échange entre le monofluide et la paroi de la tige (m2) Afc,pde : surface d’échange entre le monofluide et la paroi de la double-enveloppe (m2) Afc,res : surface d’échange entre la paroi de la résistance électrique et le monofluide (m2) Afr : surface d’échange entre le milieu et la paroi du fond sphérique du réacteur (m2) Aj: surfaces d’échange des plaques j de l’échangeur de chaleur (m2) Apch,ext : surface d’échange entre la paroi de la tige et le milieu extérieur (m2) Apr,ext : surface d’échange de chaleur entre la paroi du réacteur et le milieu extérieur (m2) Apr,fc : surface d’échange entre le monofluide et la paroi du réacteur (m2) Aref : surface d’échange initiale entre le milieu réactionnel et la paroi du réacteur (m2) Ar,pr :surface d’échange entre le milieu réactionnel et la paroi du réacteur (m2) Ci : concentration du constituant i (mole.m-3) Cpc : chaleur spécifique de la coulée (kJ.kg-1.K-1) Cpch : chaleur spécifique du monofluide à la température Tch (kJ.kg-1.K-1) Cpfcmel : chaleur spécifique du monofluide à la température de mélange (kJ.kg-1.K-1) Cpi fc: chaleur spécifique du monofluide dans le bac i (kJ.kg-1.K-1) Cpj: chaleur spécifique du fluide circulant dans le canal j de l’échangeur de chaleur (kJ.kg-1.K-1) Cppch : chaleur spécifique moyenne de la paroi de la tige (kJ.kg-1.K-1) Cppcond : chaleur spécifique de la paroi de la conduite j (kj.kg-1.K-1) Cppde : chaleur spécifique de la paroi de la double-enveloppe (kJ.kg-1.K-1) Cppj: chaleur spécifique de la paroi de la plaque j (kJ.kg-1.K-1) Cppr : chaleur spécifique de la paroi du réacteur (kJ.kg-1.K-1) Cppres : chaleur spécifique moyenne de la paroi de la résistance (kJ.kg-1.K-1) Cpr : chaleur spécifique du milieu réactionnel (kJ.kg-1.K-1) Cs(i,j) : matrice des coefficients stoechiométriques des différentes réactions Da : diamètre des pales de l’agitateur (m) Nomenclature Dagit : diamètre de l’arbre de l’agitateur (m) dcex : diamètre extérieur de la conduite j (m) dcinj : diamètre interne de la conduite j (m) Dcpale : diamètre de l’arbre de la contre-pale (m) dcroi : diamètre de la résistance électrique (m) dcri : diamètre interne de la double enveloppe du crayon chauffant (m) dcro : diamètre externe de la tige (m) Depr : diamètre externe du réacteur (m) Depde : diamètre externe de la double-enveloppe (m) Deq : diamètre équivalent (m) Dfc : débit du monofluide qui passe à travers la conduite j (m3.s-1), Dfde : diamètre du fond sphérique de la double-enveloppe (m) Dfr : diamètre du fond sphérique du réacteur (m) Dipde : diamètre interne de la double-enveloppe (m) Dipr : diamètre interne du réacteur (m) Ej: énergie d’activation de la réaction j (KJ.mole-1)) epde : épaisseur de la paroi de la double enveloppe (m) epr : épaisseur de la paroi du réacteur (m) ¦c : débit molaire d’alimentation en réactifs liquides (mole.s-1) Ffc : débit volumique du monofluide circulant dans la double-enveloppe (m3.s-1) g : l’accélération de la pesanteur (9,807 m.s-2) Hfde : hauteur du fond sphérique de la double-enveloppe (m) Hfr : hauteur du fond du réacteur (m) hf,i : enthalpie de formation du constituant liquide i à la température T* =198K et à pression atmosphérique (kJ.kg-1) Href : hauteur de référence, représente la distance entre le haut du réacteur et la surface libre du mélange réactionnel (m) kj 0 : facteur de fréquence d ou exponentiel de la vitesse de la réaction j ((l/mole.s) Lcj : longueur de la conduite j uploads/Finance/ ouagued-malika.pdf