Programme des cours 2015-2016
CHIM0696-1  
Static and dynamic modelling of large chemical processes
Durée :
30h Th, 15h Pr
Nombre de crédits :
Master en ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité 4
Nom du professeur :
Grégoire Léonard
Langue(s) du cours :
Langue anglaise
Organisation et évaluation :
Enseignement au deuxième quadrimestre
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus du cours :
Le cours se compose de 4 parties liées à l'étude approfondie des procédés de génie chimique. Tout d'abord, 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. Ensuite, les méthodes permettant l'évaluation des propriétés physiques et thermodynamiques des mélanges seront étudiées plus en détail. Les principales familles d'équations d'état sont examinées. Les grandeurs thermochimiques caractérisant les réactions et l'évaluation des équilibres chimiques seront examinées. Dans la troisième partie, la modélisation dynamique des procédés sera étudiée: formulation, analyse des degrés de liberté, introduction au contrôle-commande de procédés. Enfin, la dernière partie traite de l'introduction à l'optimisation des procédés: méthodes numériques d'optimisation, approches de résolution, notions d'intensification de procédés
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
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.
La deuxième partie du cours vise à acquérir les notions permettant d'évaluer pratiquement des grandeurs thermodynamiques à partir de données incomplètes et de choisir les méthodes les plus appropriées dans la panoplie offerte par les logiciels de calcul. Elle permettra également d'apprécier la précision et la fiabilité de ces méthodes d'estimation.
La troisième partie du cours doit permettre aux étudiants d'utiliser plus en détails des logiciels modernes de simulation statique et de s'initier à la modélisation dynamique des grands systèmes chimiques. La partie dynamique de ce cours doit compléter la présentation de la dynamique et du contrôle de systèmes linéaires traitée dans les cours de Bachelier. Elle permet aux étudiants d'utiliser les logiciels basés sur des modèles rigoureux non linéaires dans des applications de contrôle de procédé et de suivi de performance de procédés chimiques intégrés.
La quatrième partie vise à l'optimisation de grands systèmes chimiques par le choix des paramètres opératoires du procédé qui minimisent son impact énergétique, environemental, et sa consommation de matières premières.
Savoirs et compétences prérequis :
Notions de base sur les échangeurs de chaleur, l'emploi des combustibles, les cycles moteurs et la réfrigération. Notions de systèmes, et de modélisation et simulation des procédés.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
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. Les autres parties alterneront théorie et travaux pratiques.
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
Cours donné au second quadrimestre. 2h théorie et 1h travaux pratiques par semaine.
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
Documents disponibles sur eCampus
Modalités d'évaluation et critères :
Rapports à remettre sur les travaux d'intégration énergétique : 25% de la cote
Rapports à remettre sur les travaux pratiques des autres parties : 25% de la cote
Examen oral (après préparation écrite) sur toutes les parties sauf intégration énergétique : 50% de la cote.
Un minimum de 10/20 est nécessaire pour chacune des parties pour réussir le cours. Il est possible de conserver les notes obtenues en 1ère session pour la seconde session.
Stage(s) :
Remarques organisationnelles :
La 1ère partie du cours sera assurée par Marie-Noëlle Dumont. Les parties suivantes seront assurées par Grégoire Léonard.
Contacts :
1) Marie-Noëlle Dumont (mn.dumont@ulg.ac.be)
2) Grégoire Léonard (g.leonard@ulg.ac.be)