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ANALYSE PINCH UF Utilisation Rationnelle de l’énergie Vision integrative du pro

ANALYSE PINCH UF Utilisation Rationnelle de l’énergie Vision integrative du procédé Economies d’ énergie : driver dans la conception d’un procédé Depuis longtemps : récupération de chaleur autour des réacteurs et colonnes à distiller Approche différente consiste à avoir une : Enjeux d’un site industriel L’intégration des procédés permet de répondre aux enjeux! Objectif : optimisation de rendement de conversion - optimiser le rendement intrinseque des appareils - Réduire la production de déchets En d’autres termes : - Bien exploiter l’énergie disponible - Réduire l’apport énergétique - Diminuer la dégradation d’énergie Utilisation rationnelle de l’énergie Utilisation rationnelle de l’énergie • Optimisation de l’équipement (choix, dimensionnement) • Optimisation du fonctionnement (débits, température..) • Optimisation des systèmes de controle et de régulation OPTIMISATION ? Programmation de méthodes mathématiques Ensemble des savoirs qui permet de définir le meilleur état de fonctionnement.. (Sargent, Grossmann,Floudas,...) Complexité-> à défaut un meilleur état de fonctionnement Intéret de l’analyse pinch Une vision globale du procédé qui permet de déterminer quelle est la consommation minimale en énergie ‘MER’ Définir les cibes de consommation minimal et le potentiel maximal d’économie (conso mini-situation actuelle) identifier les causes des inéfficacités dans le procédés et les projets d’améliorations qui seraient réalisables en pratique ->Determiner les zones qui représentent le plus grand potentiel d’amélioration Principe de l’analyse Pinch •Capacité de faire correspondre l’offre et la demande dépend du niveau de qualité demandé par l’équipement et du niveau de qualité disponible dans l’usine Ex : - diminuer la température des rejets au maximum - si plusieurs utilités sont disponibles : adapter leur utilisation au niveau de température demandée •Augmentation de cette capacité permet de diminuer les besoins en approvisonnement des ressources utilisation durable des ressources •Gestion des utilités : qualité = température Echange de chaleur : Rappels Echange de chaleur : Rappels Qté à fournir ou a récupérer mais comment se fait l’échange ? Transfert du plus chaud au plus froid.. Evite d’avoir une aire d’échange infinie … Optimisation d’un échangeur • Efficacité énergétique : augmenter la surface d’échange! • Réduire le cout : diminuer la surface d’échange! Contre courant, chauffage d’un liquide ‘pas de chgt de phase) Le travail d’intégration énergétique repose et reste lié au choix d’un DT minimum Optimisation d’un échangeur Technique du PINCH • Etablir le besoin global • Procédure de la double échelle avec un DT fixé : definition des blocs et les besoins énergétiques de chacun d’eux • Interconnection des blocs et identification du Minimum d’Energie Requise (MER) : 1. Evaluation besoin global 5 kW à fournir par une utilité chaude..sans considération des potentiels d’échanges 2. Intervalles de témpérature • On fixe un DTmin entre courant chaud et courant froid Diagramme des intervalles de T • Diagramme des T • Sur chaque DT on fait le bilan du flux necessaire 2. Intervalles de témpérature Fig 1.3 barreteau Le bilan boucle! 3. Compensation chaud/froid •Installation “tout en utilité” Fig 1.4 barreteau Il faut fournir 35 kW et rejeter 30 kW 3. Compensation chaud/froid •Installation à minimum d’utilité (sans ref au niveau de température) Etablir la cascade des flux Règle de base : impossible de transferer de l’énergie depuis un bloc inférieur vers un bloc supérieur Il faut fournir 21,5 au minimum depuis une utilité chaude et transférer 16,5 kW au minimum vers une utilité froide Technique du Pinch • Température de Pincement (Pinch) 54°C pour les fluides froids et 60° C pour les fluides chauds Au dessus du pinch : échange uniquement avec les utilités chaudes Au dessous du pinch : échange uniquement avec les utilités froides Courbes composées (Diagramme température enthalpie) Un outil simple mais informations interessantes! Nécessite : bilans matière et énergie complets et précis du process Données obtenues par mesure sur site, simulation, de la conception Les courants matières sont identifiés en fonction de leur température et leur besoin comme des sources (énergie récupérable/courant à refroidir) ou des puits d’énergie Cumul de la chaleur disponible sur chaque intervalle de température (hypo:CP constant) Courbe composée chaude : énergie disponible Courbe composée froide : énergie demandée CP = débit matière x chaleur spécifique = (kW/° C) Courbes composées Courbes composées Maximum d’energie récupérable et minimum d’énergie consommée Règles du pincement • Pas de transfert de chaleur à travers le pinch point (sinon pas assez de chaleur restante pour satisfaire les besoins des autres fluides froids au dessus du pinch) • Ne pas refroidir au dessus du pinch point (la source froide n’ a pas besoin d’utilitaire froid!) • Ne pas réchauffer au dessous du pinch point • Transférer la chaleur à contre courant Courbe composée globale Conclusion Exemple simple Courbe composée des fluides froids Courbe composée des fluides chauds Point de pincement de température : Pinch Point Determination du MER Méthode de détermination du minimum d’énergie requise: généralisation • Diagramme des températures corrigées Liste des intervalles de températures corrigées Méthode de détermination du MER • Calcul de la cascade thermique pour les DTi NRJ additionnelle nécessaire Exces d’énergie Méthode de détermination du MER • Algorithm de résolution Influence de DT min DT=10° C DT=20° C Intégration des machines thermiques Intégration des machines thermiques ex : cogénération turbine à gaz ,.. Conclusion : Placer toujours une machine thermique au dessus ou en dessous du pincement , jamais au “travers” Aucun interet à l’integrer ! PAC à compression Absorbe de la chaleur à T1 dans un évaporateur Utilise W dans un compresseur Rejet de la chaleur à T2>T1 Intégration des PAC Intégration des PAC Travail chaleur Peu d’interet ! Travail chaleur qui doit etre évacuée! Chaleur en excés absorbée et rejet là ou il y a un déficit : OK! Conclusion : Placer toujours une PAC à travers le pincement Intégration des colonnes à distiller Aucun interet à l’integrer ! Conclusion : Placer une colonne à distiller au dessus ou en dessous du pincement Intégration des utilités • Courbe composée globale Intégration des utilités Règles heuristiques : ajouter tj de l’NRJ à la tempéarature la plus basse compatible avec le pincement Enlever tj l’NRJ à la température la plus haute compatible avec le pincement Intégration des utilités Changement de phase ? La procédure nécessite des FCp constant -> Incorporation des changements de phase en supposant un écart de 1°et en calculant un (FCp) équivalent qui donnerait le même flux de chaleur : FCp*1=F.DHvap Nombre minimal d’échangeurs •1er principe Scannéfig 2.1 berreteau N= Nb de courant + Nb d’utilité -1 Nombre minimal d’échangeurs •Problème indépendant Scannéfig 2.2 berreteau N= Nb de courant + Nb d’utilité –Nb de problème independant Nombre minimal d’échangeurs •Boucle N= Nb de courant + Nb d’utilité+Nb de boucle –Nb de problème independant Nombre minimal d’échangeurs •Effet du pinch Scannéfig 2.4 berreteau Considérer deux problématiques indépendantes : - au dessus du pinch - au dessous du pinch Détermination du réseau d’échangeurs Scanner fig 4.1bareteau • Distribution spatiale des écarts de température • Pour chaque EC: flux à contre-courant • Echange préférentiel des flux chauds et froids qui ont des températures moyennes approchées • Emplacement des utilités de refroidissement ou de chauffage dans les zones les plus éloignées de celle où l’échange entre fluide est possible (pas plus d’une utilité en contact avec un flux thermique donné) Détermination du réseau d’échangeurs * Récupération optimale - au dessus du pinch : (FCp)chaud ≤(FCp)froid - au dessous du pinch : (FCp)froid ≤(FCp)chaud Scanner fig et 4.2 de barreteau Tentrée chaud ? sachant que Ts=60 et qu’il faut fournir 18kW Détermination du réseau d’échangeurs au dessus du pinch Détermination du réseau d’échangeurs au dessous du pinch • Distribution spatiale des écarts de température Pour chaque EC: flux à contre-courant Echange préférentiel des flux chauds et froids qui ont des températures moyennes approchées Emplacement des utilités de refroidissement ou de chauffage dans les zones les plus éloignées de celle où l’échange entre fluide est possible (pas plus d’une utilité en contact avec un flux thermique donné) Réseaux déchangeurs : Compensation chaud/froid •Heuristique du pincement Schéma de compensation qui assure la dépense thermique totale minimale PINCH : utilisation optimale de l’eau Conclusions Scanner p14 canada figure 2.3 bibliographie • JM Seynhaeve, audit energétique industriel, TERM • Geldermann et al. (2006), European Journal of Operational Research 171, 1020-1032 • Zhelev and Ridolfi, (2006), Energy 31, 2486- 2498 • Linnhoff M (1998), Introduction to Pinch Technology • Lecoq et al. (2007), Energetic Process intergration, Revue scientifique des ISLF, 21. uploads/Management/ cours-pinch-v2.pdf