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ال جمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي والبحث العلمي Ministère de L’enseignement Supérieur Et de la Recherche Scientifique جامعة اإلخوةمنثوري كلية العلوم والتكنولوجيا Université des Frères Faculté Science De La Mentouri Technologie ق سم الهندسة الميكانيكي ة Département Génie Mécanique ............................................................................................................................. .... N° d’ordre : …...... Série :.................. Mémoire Présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master en Génie Mécanique Option Energétique Thème Etude numérique de la convection naturelle turbulente tridimensionnelle dans un canal incliné Présenté par :  MEGUEDMI redha  LAHLAH mehdi Encadrant : Pr.KHMISSE Otmane Promotion 2018/2019 Production Azote et Oxygène par une colonne de distillation cryogénique Dédicace Je dédier cet événement marquant de ma vie a la mémoire de mes parents disparu trop tôt J’espère qu'ils apprécient cet humble geste comme preuve de reconnaissance de la part d'un Fils qui a toujours prie pour le salut de leurâmes puisse dieu le tout puissant lavoir en sa Sainte miséricorde À mes très chères sœurs Nesrine et sofia À mes oncles et tantes A tous mes collègues de la promotion G.T.E 2019 M.LAHLAH Dédicace A la personne qui est la source de succès dans ma vie, avec ses prières, ses encouragements et sa tendresse, ma très chère mère. A celui qui était toujours près de moi, mon cher père. A mes frères, mes sœurs. A tous mes collègues de la promotion G.T.E 2019 particulièrement mon binôme MEHDI. Dr : C.HAMMANA. A tous ceux que j’aime et je respecte. Je dédie ce travail. R.MEGUEDMI REMERCIEMENT Nos sincères remerciements s'adressent en premier lieu à Allah le tout Puissant pour son aide et son guide qui nous a permis de réaliser ce travail « el hamdoulilah ». Nous adressons nos vifs remerciements à Monsieur KHMISSE Otmane pour avoir accepté de nous encadrer dans ce mémoire de mastère, pour sa disponibilité et ses précieux conseils qui nous ont beaucoup guidés pour l'accomplissement de ce mémoire et pour son encouragement continu. Nous tenons à remercier plus particulièrement le directeur deLinde gaz Skikda Mr : boughabaet deux ingénieures Mr: bochama et Mr : M.charefPour son aide, son encouragement et sa gentillesse, merci pour tout ce que vous avez pus nous apporter. Nous exprimons toute notre reconnaissance et notre haute considération aux membres du jury qui ont bien voulu nous faire l'honneur de juger ce travail. Enfin, nous présentons nos agréables gratitudes à toute personne qui a contribué de prêt ou de loin à la réalisation de ce projet, plus particulièrement à nos ami(e)s de la promotion mastère 2 Merci… SOMMAIRE Liste des figures Liste des tableaux Introduction générale CHAPITRE I : Notion sur la cryogénie et Présentations de complexe Linde Gaz I.1. Introduction 1 I.2.Définition 1 I.3. Historique de la cryogénie 1 I.4. Les propriétés physiques des fluides et des matériaux aux basses températures 2 I.4.1. Les propriétés des fluides cryogéniques 2 I.4.2. Les propriétés des matériaux 3 I.4.2.1.Propriétés mécaniques 3 I.5.Stockage cryogéniques 3 I.6.Domaine d’utilisation de la cryogénie 4 I.7. Points d’ébullition des gaz de l’air 5 I.8.Principales fonctions d’un procède de séparation 6 I.9. Histoire de Linde 7 I.9.1.présentations de Linde Gaz Algérie 7 I.9.2.principales activités de Linde Gaz Algérie 8 I.9.3. Unité de Skikda 8 I.9.3.1. présentation de Linde Gaz Algérie site Skikda 8 I.9.3.2. Taille et capacité de l’unité 9 I.9.3.3.stockage 11 I.9.3.4.conditionnement 12 I.9.3.5. les principaux ateliers 12 I.10.conclusion 13 CHAPITRE II : L’équilibre de phase et cycle de liquéfaction II.1.Equilibre de phase 41 II.1.1. Introduction 14 II.1.2.Le comportement réel des mélanges 14 II.2. Définition de la réfrigération et de la liquéfaction 16 II.2.1. La réfrigération 16 II.2.2. La liquéfaction 16 II.3. Propriétés de l’air 17 II.3.1. Propriétés et utilisations de l’azote 17 II.3.2. Domaines d’utilisation des gaz industriels 18 II.4. Comment réaliser la liquéfaction des gaz 19 II.5. Les différents types de systèmes de liquéfaction 20 II.5.1. Cycle de Linde pour la liquéfaction des gaz 20 II.5.1.1. Principe de fonctionnement 20 II.5.1.2. Diagramme P-V pour cycle de Linde 21 II.5.1.3. Diagramme T-S pour cycle de Linde 22 II.5.2. Cycle de liquéfaction avec travail extérieur : Cycle de Brayton inverse 22 II.5.2.1.Comparaison des cycles de Linde et de Brayton inverse 22 II.5.3. Cycle de Claude pour la liquéfaction 24 II.5.3.1. Principe de fonctionnement 24 II.5.3.2. Diagramme T-S pour cycle de Claude 25 II.6.Conclusion 25 CHAPITREIII:La colonne de distillation III.1. Introduction 26 III.2.Définition de la colonne distillation (Fractionnement) 26 III.3. Description d’une colonne de distillation 26 III.4.La colonne de distillation normale 28 III.5. Les composants principaux d’une colonne distillation 28 III.5.1. Bouilleurs 28 III.5.2. Condenseurs 29 III.6.Types de colonne de distillation 30 III.6.1.Colonnes à plateaux-tamis 30 III.6.2.Colonnes à garnissage structuré 31 III.7. Principe de fonctionnement de la colonne de distillation 34 III.8. Bilans matière et thermique de la colonne 37 III.9. Exemple de calcul du nombre de plateau d’une colonne par la méthode graphique 39 III.9.1. Détermination de taux de reflux 39 III.9.1.1. Méthodologie de détermination du taux de reflux minimum 40 III.9.1.2. Comment tracer la droite opératoire d’enrichissement a taux de reflux connu 41 III.9.2. Tracé du nombre de plateaux 42 III.9.2.1. Méthodologie de détermination de nombre de plateaux 43 III.9.3. Efficacité 44 III.9.conclusion 44 CHAPITRE IV : problématique et partie calcul IV.1. Introduction 45 IV.2. Présentation de HYSYS 45 IV.3. Optimisation des paramètres fonctionnels 47 IV.4. Principes de fonctionnement et rôle des simulateurs 47 IV.5. Simulateur HYSYS 48 IV.6. simulation du cycle de LINDE avec une colonne de séparation pour la liquéfaction De l’Azote N2 et oxygène O2 51 IV.6.1. Schéma générale de cycle de Linde avec la colonne de distillations données Par lelogiciel HYSYS. 52 IV.6.2. Les résultats confirment la validité de la simulation par hysys pur chaque plateau 53 IV.6.3. Diagramme de variation de température au niveau de colonne T100 53 IV.6.4. La densité en fonction nombre de plateau 54 IV.6.5. La pression au niveau de la colonne T100 54 IV.6.6. La fraction molaire au niveau de la colonne 55 IV.6.7. Les résultats des paramètres simulés donnés par le logiciel HYSYS 55 IV.6.8. Flux de chaleur au niveau de l’échangeur (LNG 100) 56 IV.6.9. Diagramme de flux de chaleur en fonction de coefficient d’échange global 57 IV.6.10 .Diagramme le coefficient d’échange global en fonction de la température 57 IV.6.11. Diagramme DTLM (déférence logarithmique moyen de température) en fonction de La température 58 IV.7. Conclusion 58 Conclusion générale 59 LISTE DES FIGURES Figure I.1 Points d’ébullition des gaz de l’air 5 Figure I.2 La zone Linde gaz 9 Figure II.1Evolution du mélange à P et T constante 51 Figure II.2les diagrammes de phases pour un système binaireà pression et à température constantes 51 Figure II.3 Cycle du Linde. 21 Figure II.4 Cycle de Linde : diagramme P-V 15 Figure II.5 Cycle de Linde : diagramme T-S 11 Figure II.6 Cycle de Linde et cycle de Brayton inverse 3 1 Figure II.7 Schéma de cycle de Linde et de cycle de Brayton inverse 13 Figure II.8 Schéma de principe de cycle de Claude 4 1 Figure II.9 Diagramme (T-S) de cycle de Claude 11 Figure III.1Schéma général d’une colonne de distillation 12 Figuer III.2 Différent types de plateaux 35 Figure III.3 Colonnes à garnissage structuré 3 3 Figure III.4 principe de la colonne de distillation 4 3 Figure III.5 DiagrammeT-X( N2-O2 ) 31 Figure III.6 fonctionnement de la colonne de distillation 31 Figure III.7 La courbe représente comment calculer Taux de reflux minimum 40 III.8 Comment tracer la droite opératoire d’enrichissement a taux de reflux 42 Figure III.9 comment Tracé du nombre de plateaux 43 Figure III.10 La courbe représente comment déterminé de nombre de plateaux 43 Figure IV.1 interface hysys 48 Figure IV.2 Liste de composants 49 Figure IV.3 Les modèles des équations 50 Figure IV.4 simulation de l’installation par HYSYS 52 Figure IV.5 Profile de la température en fonction de nombre de plateaux 53 Figure IV.6 Profile de la densité en fonction de nombre de plateaux 54 Figure IV.7 Profile de pression en fonction de nombre de plateaux 54 Figure IV.8profile de la fraction molaire en fonction de nombre de plateaux 55 Figure IV.9 Profile de flux de chaleur en fonction de température 56 Figure IV.10 Profile de flux de chaleur en fonction de coefficient d’échange globale 57 Figure IV.11 Profile de coefficient d’échange (UA) en fonction de température 57 Figure IV.12 Diagramme DTLM (différence logarithmique moyen de température) enfonction de la température 58 LISTE DES TABLEAUX Tableau I.1 installation des produits usager 10 Tableau I.2 Gamme des produits extrait 11 Tableau I.3 réservoir du stockage des produits sortis 11 Tableau I.4 capacité de conditionnement des produits la résultante 12 Tableau II.1 : Domaines d’utilisation des gaz industriels 41 Tableau III.1 Les avantages et les inconvénients de la colonne à garnissage 2 3 Tableau IV.1 : les propriétés de modèle thermodynamique dans Hysys 46 Tableau IV.2 Résultat de la somme de fraction molaire sur chaque plateau 53 Tableau IV.3 Résultat de la fraction molaire (vap - liq) sur chaque plateau 55 Introduction générale Introduction générale La cryogénie désigne un ensemble de disciplines scientifiques et techniques ayant pour point commun uploads/Geographie/ memoire-final 4 .pdf