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| CHIM0695-2 | Introduction à la modélisation des systèmes chimiques
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| Durée : | 20h Th, 45h Pr |
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| Nombre de crédits : |
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| Nom du professeur : | Georges Heyen |
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| Suppléant(s) : | Marie-Noëlle Dumont, Grégoire Léonard |
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Langue(s) du cours :
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| Langue française |
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Organisation et évaluation :
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| Enseignement au premier quadrimestre, examen en juin avec partiel en janvier |
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Contenus du cours :
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| La première partie du cours traite de l'analyse de l'offre et de la demande énergétique d'un procédé chimique, et de sa représentation sous forme de courbes composées. Le cours examine ensuite le but et l'utilité des modèles via des exemples avec un intérêt particulier pour les procédés chimiques. La différence entre modèle conceptuel et modèle de simulation est mise en évidence. Différents types de modèles sont abordés: stationnaires/ dynamiques; algébriques/différentiels... Les principaux éléments du développement d'un modèle sont discutés : bilans, lois constitutives, contraintes et spécifications, degrés de liberté. L'emploi de modèles pour la prédiction des propriétés thermodynamiques dans un procédé est également abordé. Enfin, différentes approches de résolution des modèles de procédés chimiques sont présentées (approche séquentielle modulaire et approche orientée équations). Les méthodes basiques de résolution numérique sont également abordées. |
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Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
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| La première partie du cours vise à développer des compétences en analyse des performances d'un réseau d'échangeurs de chaleur, ainsi qu'en synthèse et conception de ces systèmes. L'étudiant doit être en mesure de représenter sous forme de courbes composées les besoins en énergie thermique d'un procédé, et d'interpréter ces courbes. Il doit pouvoir identifier sur cette base le potentiel d'utilisation de technologies permettant des économies d'énergie : préchauffe d'air de combustion, enrichissement en oxygène, limitation de l'excès d'air, changement de pression dans des bouilleurs et condenseurs, utilisation de pompes à chaleur, de cycles de réfrigération, intégration de cycles moteur (cogénération). Il doit pouvoir, sur base des courbes composées, réaliser la synthèse d'un réseau d'échangeurs performant (choix des fluides qui doivent échanger de la chaleur et quantités à échanger), et permettant de maximiser la récupération d'énergie par le train d'échange.
Dans la deuxième partie du cours, l'étudiant doit acquérir les connaissances et le savoir-faire permettant de développer, calibrer et utiliser efficacement un modèle mathématique d'un procédé chimique et/ou thermique. Il doit apprendre à faire la différence entre la conception d'un modèle et sa mise en œuvre. Les principales approches employées pour modéliser un procédé industriel doivent être clairement identifiées et comprises. Il doit maîtriser les différentes étapes du développement d'un modèle d'opération physique unitaire. Il doit pouvoir mettre en œuvre l'approche séquentielle modulaire pour le développement d'un modèle de procédé industriel dont le schéma est donné, en ce compris l'identification des flux de coupe. Au moyen de travaux pratiques, il aura appris à maîtriser le logiciel Aspen Plus et se sera initié au logiciel Hysys. Il maîtrisera des notions de base pour le choix d'un modèle thermodynamique pour la prédiction des propriétés d'un système chimique. Enfin, il disposera de notions de base pour aborder la résolution numérique de modèles de procédés industriels. |
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Prérequis et corequis / Modules de cours optionnels recommandés :
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| Notions de base sur les échangeurs de chaleur, l'emploi des combustibles, les cycles moteurs et la réfrigération. Thermodynamique chimique appliquée, évaluation de propriétés thermodynamiques de corps purs. Algèbre linéaire, éléments d'analyse numérique et d'algorithmique. Bases de génie chimique permettant de construire les modèles mathématiques des appareils les plus courants. |
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Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
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| Durant la première partie du cours, les bases théoriques de l'intégration énergétique sont exposées et illustrées par des exemples simples. Les étudiants doivent réaliser un travail individuel : conception d'un réseau d'échangeur permettant de récupérer un maximum d'énergie pour un procédé dont l'offre et la demande en énergie sont connues.
Lors de la deuxième partie du cours, les étudiants verront les bases de la modélisation et en particulier de la modélisation de procédés industriels. En parallèle avec le cours théorique, 9x4h d'applications numériques sont prévues afin de démontrer et apprendre l'utilisation de logiciels de simulation. Des logiciels commerciaux de simulation de procédés sont mis en œuvre pour l'apprentissage. Lors des séances de travaux pratiques sur logiciel, il s'agit de construire progressivement un modèle d'une boucle de synthèse d'ammoniac et d'en optimiser le fonctionnement. |
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Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
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| Cours organisé au 1er semestre. Cours théorique et pratique d'intégration énergétique de la semaine 38 à 41, 4h/semaine. Semaine 43 : séminaires de modélisation (12h de cours, 8h de TP). A partir de la semaine 44 : travaux dirigés 4h/semaine. |
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Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
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| Ouvrage de référence recommandé : J. Vidal, Thermodynamique (éditions Technip 1997)
Transparents et applications de concepts accessibles sur le portail eCampus. Logiciels de calcul disponibles en salle informatique ou à installer sur PC personnel après discussion avec le moniteur. |
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Modalités d'évaluation et critères :
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| Rapports à remettre sur les travaux d'intégration énergétique.
Rapports à remettre sur les travaux pratiques de modélisation.
Examen écrit. |
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Stage(s) :
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Remarques organisationnelles :
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| La 1ère partie du cours sera assurée par Dr. Marie-Noëlle Dumont.
La 2ème partie sera assurée par Dr. Grégoire Léonard. |
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Contacts :
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| 1) Dr. Grégoire Léonard (G.Leonard@ulg.ac.be)
2) Dr. Marie-Noëlle Dumont (mn.dumont@ulg.ac.be) |
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