Дисертації з теми "Réacteurs chimiques – Simulation, Méthodes de"
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Louleh, Ziad. "Modélisation et conduite des réacteurs discontinus par analyse des flux thermiques." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT037G.
Анотація:
Dans le domaine de la chimie fine ou pharmaceutique, le reacteur discontinu est l'appareil autour duquel s'organise la production. La conduite de ces reacteurs revient a un probleme de controle thermique qui reste difficile a maitriser. La difficulte provient, d'une part, de la nature discontinue des modes operatoires, et d'autre part, du caractere polyvalent des reacteurs. Dans ce travail on propose une nouvelle approche du probleme qui vise a la fois a definir un systeme thermique presentant une plus grande pilotabilite et a developper un systeme de conduite permettant de resoudre simultanement les problemes de supervision et de commande. Le systeme thermique propose (en cours de brevet) combine les avantages des systemes monofluide et a fluides alternes. La gestion thermique est assuree par un melange eau-vapeur comme monofluide dans la gamme de fonctionnement intermediaire. Quand un refroidissement ou une chauffe important est necessaire, on utilise respectivement l'eau glycolee ou la vapeur. La commande calculee par un regulateur est interpretee comme le flux thermique qu'il est necessaire de fournir au milieu reactionnel pour atteindre la temperature de consigne. De plus, on calcule, pour chacun des fluides, les flux thermiques minimal et maximal que peuvent fournir ce fluide. Le flux permet alors de choisir le fluide, puis par une modelisation thermique de calculer la commande a appliquer sur ce fluide. Un dispositif experimental automatise a ete concu et realise autour d'un reacteur pilote de 16 litres. L'interet de la demarche proposee a ete valide a la fois en simulation et experimentalement sur l'installation pilote. Les resultats illustrent le principe de gestion thermique developpe et montrent la reproductibilite et les bonnes performances de cette strategie de commande. De plus, une variante du systeme permet de minimiser la quantite d'energie depensee en recyclant le melange eau-vapeur
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Foucher, Laurent. "Utilisation de la méthode des éléments finis pour la simulation des réacteurs à termes sources distribués : application aux réacteurs électrochimiques et au chauffage par induction électromagnétique." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT029G.
Анотація:
L'auteur s'interesse plus particulierement a la mise en uvre d'une methode d'integration, appelee methode des elements finis, pour la simulation de reacteurs a termes sources distribues. Il s'agit d'etudier les distributions de potentiel d'echange dans le cas de deux types de reacteurs et de mettre en evidence le couplage emetteur/recepteur energetiques. Dans cette logique, deux domaines sont explores: les reacteurs electrochimiques et le chauffage par induction electromagnetique. Dans la premiere partie, l'auteur presente l'etude d'un reacteur electrochimique a cathode volumique lorsque les champs electrique et vitesse sont croises. L'objectif est de connaitre la distribution de potentiel a l'interieur de ce type de reacteur afin de delimiter le volume utile. Pour cela, un developpement complet de la resolution des equations differentielles aux derivees partielles par la methode des elements finis est propose. Avec cet outil, l'auteur s'interesse alors a la simulation de reacteurs de differentes tailles industrielles et de nouvelles configurations geometriques. Dans la deuxieme partie, l'auteur propose les profils de puissance dissipee au sein d'un milieu granulaire chauffe par induction electromagnetique. L'integration par la methode des elements finis du modele de distribution de temperature est appliquee au chauffage d'un lit de charbon actif. Pour une frequence de travail de 880 khz, le lit granulaire se comporte comme un materiau homogene equivalent avec une puissance nulle au cur du reacteur. Ce phenomene disparait pour une frequence de 3,3 mhz et l'on observe un comportement intermediaire entre le cas precedent et le chauffage purement volumique
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Roger, Thierry. "Modélisation du comportement de réacteurs chimiques semi-fermés à double enveloppe et à fluide unique." Rouen, 1993. http://www.theses.fr/1993ROUES036.
Анотація:
La première partie de cette étude concerne l'écriture d'un modèle simplifié mais suffisamment pertinent pour être représentatif du comportement d'un réacteur chimique semi-fermé et de son contenu. La seconde partie présente la mise en oeuvre d'un logiciel destiné à la simulation, l'estimation paramétrique, l'optimisation et la commande de procédés de la chimie fine à partir de ce modèle qui, dans un but de généralisation, est mis sous la forme d'équation d'état et formellement linéarisé. Le programme écrit en langage orienté objet C++, de conception modulaire et évolutive, autorise l'extension du système constitué du réacteur et du mélange réactionnel à d'autres éléments tels qu'une colonne de rectification. Il permet également d'envisager, sans trop de difficulté, le passage au réacteur continu. Il utilise pour le calcul une représentation matricielle des données qui se traduit par une exploitation des résultats de l'automatique plus aisée. La validation du modèle, menée dans des réacteurs en acier émaillé et en verre d'une capacité de cinq litres, a été opérée pour des séquences de chauffage et de refroidissement d'espèces inertes, la synthèse du diacétate de résorcinol et une réaction acide fort-base forte. Des études effectuées en parallèle ont utilisé ce programme sur des systèmes réactionnels plus complexes, de polycondensation, mis en oeuvre sur d'autres réacteurs (en acier inoxydable de 10 litres), les résultats obtenus ont été satisfaisants. Une installation pilote, dont le système de chauffage-refroidissement est basé sur le principe du mono-fluide, a été réalisée. Des régulateurs simples, implantés sur un automate programmable, permettent le contrôle de la température du fluide caloporteur. L'architecture matérielle retenue pour le contrôle et la commande de l'installation pilote propose l'insertion d'un calculateur dans le schéma classique constitué d'un superviseur et d'un automate programmable. Le dialogue entre ces trois éléments est opérationnel et permet la conduite de l'installation pilote en mode manuel ou automatique
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Touré, Inza. "Contribution à la simulation numérique par éléments finis de l'hydrodynamique des cuves agitées : application à l'étude des bioréacteurs." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0296.
Анотація:
Notre objectif dans cette étude est de présenter les bioréacteurs, leurs modes d'agitations, et les principaux paramètres qui les caractérisent. Nous indiquerons les différentes opérations de fermentation: aérobies et anaérobies. Nous indiquerons les modalités de traitement des milieux de culture afin d'avoir une meilleure régulation des opérations de fermentation. Nous montrons les transferts de masse et les équations qui les gouvernent; puis nous ferons un large éventail des équations de bilans de la mécanique des fluides, tant en monophasique qu'en diphasique. Nous présenterons la résolution des équations de Navier-Stokes pour des fluides newtoniens visqueux incompressibles ou pseudo-plastiques. Nous traiterons le cas d'écoulements laminaires et turbulents dans les cuves agitées ; à l'aide d'une discrétisation en temps, par la méthode des pas fractionnaires ; et une discrétisation spatiale, fondée sur la méthode classique d'éléments finis de Galerkin, méthode généralement implantée dans les codes de calculs numériques. Le système linéaire sera résolu par la méthode du gradient conjuguée, la matrice étant préconditionnée par la méthode de factorisation de Choleski ; le maillage par éléments finis des cas industriels est réalisé à l'aide du code de calculs n3s développé par EDF. Nous effectuerons des maillages par volumes finis sur le calcul phoenics ; et en expliquerons quelques techniques; nous présenterons enfin quelques applications industrielles de la résolution des équations de Navier-Stokes par N3S
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Simon, Muriel. "Etude des performances d'un système de mélange-agitation fluidique : cas des jets multiples et instationnaires." Toulouse, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAT0033.
Анотація:
Un systeme d'agitation-melange, base sur l'utilisation de jets multiples permanents ou instationnaires, a ete etudie sur deux reacteurs, l'un a l'echelle du laboratoire (100 l) et l'autre sur un site industriel (70 m#3). Les mesures simultanees des concentrations en traceur en n points de mesure sont analysees au travers d'un temps de melange moyen et d'un indice d'inhomogeneite. Lors du changement d'echelle, une similitude de reech-froude appliquee a l'ensemble de nos resultats experimentaux, donne un bon niveau de correlation, et nous a conduit a presenter sous forme adimensionnelle et invariante, les differentes variables essentielles dans le cas de melange par jets: quantite de mouvement des jets, caracteristiques geometriques du reacteur,. . . Un facteur temps de melange m en a ete deduit, qui permet l'evaluation du temps de melange. L'efficacite des differentes configurations de jets est alors comparee a travers un degre d'inhomogeneite, ainsi que d'un point de vue energetique. La simulation numerique est realisee sur des configurations bidimensionnelles, au moyen d'un code de calcul commercial base sur la methode des elements finis
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Sklaveniti, Sofia. "Développement et déploiement sur le terrain d’un analyseur pour la mesure de la vitesse de formation d’ozone dans la troposphère." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10121/document.
Анотація:
L'ozone (O3) troposphérique représente un enjeu environnemental majeur en raison de ses effets préjudiciables sur la santé humaine, la végétation et le climat. La formation photochimique de l'O3 suit une chimie non linéaire complexe, qui rend la mise en œuvre de mesures de réduction difficile. Les pouvoirs publics s’appuient sur la modélisation afin d’élaborer des stratégies de réduction des précurseurs d’O3, mais il existe encore des incertitudes importantes associées aux mécanismes chimiques utilisés dans les modèles. Une mesure directe de la vitesse de production de l'ozone, P(O3), permettrait de valider les mécanismes chimiques et de fournir des données en temps réel pour la réglementation. L'objectif principal de cette thèse a été (i) de développer nos connaissances sur la mesure de P(O3) et (ii) d’étudier la chimie de l'ozone en air ambiant. Dans ce contexte, un instrument a été développé pour la mesure de P(O3), caractérisé en laboratoire et déployé sur le terrain. Le principe de l'instrument est basé sur une mesure différentielle de Ox (O3+NO2) entre deux réacteurs d'échantillonnage, le premier opérant comme un réacteur "de référence", sans production d'ozone, et le second reproduisant la chimie de formation d’ozone de l’air ambiant. La caractérisation de l'instrument a impliqué des expériences de laboratoire et de modélisation afin d’évaluer la justesse des mesures. L’instrument a également été déployé lors de la campagne IRRONIC afin d’étudier la sensibilité de P(O3) avec NO. La comparaison des mesures de terrain avec des valeurs modélisées a permis d'évaluer les performances et les limites de cet instrument et d'évaluer la faisabilité de la mesure de P(O3)Ground level ozone (O3) is a major environmental concern due to its detrimental impacts on human health, vegetation and climate. The photochemical formation of ozone follows a complex nonlinear chemistry that makes strategies for ozone reduction difficult to implement. Governments rely on atmospheric chemistry models to develop emission regulations, but there are still uncertainties associated with the chemical mechanisms used in these models. Direct measurements of ozone production rates, P(O3), is a new technique that can help validating current atmospheric chemical mechanisms and provide real-time data for emission regulations of ozone precursors. The main objective of this thesis was (i) to advance the understanding of P(O3) measurements and (ii) to investigate the ozone production chemistry in ambient air. In this context, an instrument capable of P(O3) measurements was developed, characterized in the laboratory and deployed in the field. The principle of the instrument is based on differential Ox (=O3+NO2) measurements between two sampling reactors, one acting as a “reference” reactor with no O3 production, and the other one reproducing the same O3 production chemistry than in ambient air. The characterization of this instrument was performed through laboratory and modelling experiments to assess the accuracy of P(O3) measurements. Finally, the instrument was deployed during the IRRONIC campaign to investigate the P(O3) sensitivity to NO in a forested area. Comparison between measured and modeled P(O3) values allowed to assess the performances and limitations of this new instrument and evaluate the feasibility of direct P(O3) measurements
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Garzón, Losik Germán Alexander. "Étude et modélisation d’un procédé de dissolution poussée en réacteur continu – application aux oxydes (U, Pu)O₂." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0050.
Анотація:
Le multirecyclage du combustible nucléaire ouvre la possibilité de stabiliser l'inventaire de plutonium et de fermer complètement le cycle du combustible en France. Ce procédé permet le traitement des combustibles MOX (Mélange d'OXydes), plus riches en plutonium que les combustibles UOX utilisés actuellement, mais impliquant une adaptation des technologies existantes et la conception de nouveaux procédés de retraitement, en particulier celui de dissolution des oxydes d'uranium et de plutonium. De ce fait, l'étude expérimentale de la réaction de dissolution des oxydes mixtes dans l'acide nitrique, ainsi que la modélisation du procédé sont des éléments incontournables pour le développement de nouvelles technologies de dissolution. Dans ce contexte, la dissolution dans l'acide nitrique de trois oxydes mixtes (30, 40 et 65% Pu/(U+Pu)) et du pôle pur dioxyde de plutonium a été étudiée à l'aide d'un montage optique. Il a été mis en évidence que les oxydes fortement chargés en uranium se dissolvent selon un mécanisme autocatalytique similaire à celui identifié pour le dioxyde d'uranium, et qu'au-delà d'une teneur de 30% en plutonium, l'oxyde mixte présente un mécanisme de dissolution proche de celui du dioxyde de plutonium. Un modèle de dissolution d'une particule unique a été développé, en prenant en compte l'aspect fractal de la surface externe des particules, ainsi que de la surface réactive. Ce modèle a été validé par comparaison avec les données expérimentales issues de ce travail, ainsi que de la littérature. Un modèle de procédé pour la dissolution d'un ensemble de particules a été également développé, sur la base du modèle de dissolution d'une particule unique et intégrant les bilans de population. Ce modèle permet de comprendre le comportement d'un dissolveur à lit fluidisé, technologie qui présente des avantages intéressants vis-à-vis des réactions solide-fluide mises en œuvre. Il a permis de proposer une première étape dans la conception de procédés innovants de dissolution des combustibles MOX actuels et futursPlutonium multirecycling aims to stabilise the plutonium inventory and eventually close the fuel cycle in France. This action involves the reprocessing and recycling of plutonium-rich Mixed OXide (MOX) spent fuel, which implies the adaptation of current technologies, in particular dissolution. Therefore, an experimental study of the reaction between uranium-plutonium mixed oxides and nitric acid coupled with chemical reactor modelling is required. In this context, a study of the dissolution of three mixed oxides (30, 40, and 65% Pu/(U+Pu)) and plutonium dioxide in nitric acid is carried out using an optical setup. It can be highlighted that the mixed oxide dissolves according to a similar mechanism as plutonium dioxide when the plutonium content in the solid exceeds 30%. Moreover, only the mixed oxide with the highest uranium content undergoes an autocatalytic reaction mechanism similar to that identified for uranium dioxide. A dissolution model describing the size evolution of a single particle against time was developed. Such model considers the description of particles surface by a fractal geometry approach as well as the surface where the reaction actually takes place. Model was validated by comparison of experimental data from this work and from literature. In addition, a second model was developed, taking into account the single particlemodel, based on population balance equations. The model allows to describe the behaviour of a fluidised bed dissolver, which presents interesting advantages for solid-fluid type reactions. Finally, by implementing the developed model, simulations were performed showing a first estimation of the feasibility of a new dissolution process for current and upcoming MOX fuels
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Matamoros, Marin Fatima. "Modélisation et optimisation des fours de cémentation gazeuse basse pression." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0288.
Анотація:
Ce travail de thèse s'intéresse au développement d'une méthodologie d'optimisation des fours de cémentation gazeuse basse pression. L'objectif est de déterminer les conditions opératoires optimales qui permettent aux opérateurs exposés aux sous-produits toxiques générés (les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les suies en l'occurrence) de travailler dans des conditions plus sûres. Un modèle phénoménologique du procédé basé sur les équations du bilan de matière et des équations issues d'un mécanisme cinétique détaillé de pyrolyse d'acétylène en phase gazeuse, est d'abord développé. Le mécanisme cinétique est ensuite simplifié afin de réduire la taille du système différentiel, puis complété par un modèle de formation de suies, une réaction de formation de carbone pyrolytique et des phénomènes hétérogènes ayant lieu à la surface des pièces à cémenter qui sont décrits à l'aide du modèle de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson. Une première campagne expérimentale sur un réacteur tubulaire et un réacteur sphérique de laboratoire est réalisée en absence de pièces métalliques et permet de comparer les résultats expérimentaux de pyrolyse d'acétylène, de formation de suies et de carbone pyrolytique aux résultats de simulations en réacteur piston et réacteur parfaitement agité. Les résultats montrent l'importance du rôle joué par la formation de carbone pyrolytique et suies sur la formation des HAP. Une deuxième campagne expérimentale est menée sur un four industriel de cémentation gazeuse basse pression ; elle consiste à cémenter des pièces en adoptant une « recette » industrielle, c'est-à-dire en adoptant des conditions opératoires préétablies de manière empirique pour satisfaire le cahier des charges. Les résultats expérimentaux sont utilisés pour estimer les paramètres de la réaction hétérogène de surface en supposant un modèle complet de cémentation gazeuse basse pression en réacteur parfaitement agité. Le modèle est ensuite utilisé dans la formulation du problème d'optimisation dynamique sous contraintes qui vise à minimiser la production de composés toxiques tout en assurant la qualité industrielle des pièces cémentées. Des conditions opératoires optimales permettant d'obtenir des pièces de même qualité que celles obtenues avec la recette industrielle sont alors déterminées par résolution du problème d'optimisation établi et des expériences avec la recette optimisée sont menées sur le four industriel. Les résultats permettent de corroborer que la recette optimisée conduit à des pièces de même qualité que la recette classique industrielle, tout en réduisant la formation de la toxicité du procédéThis PhD work deals with the development of an optimization methodology for low-pressure gas carburizing furnaces. The objective is to determine the optimal operating conditions allowing operators exposed to the toxic by-products generated (polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and soot in this case) to work in safer conditions. A first-principles model of the process based on mass balance equations as well as equations derived from a detailed kinetic mechanism of gas-phase acetylene pyrolysis is first developed. The kinetic model is then reduced in order to reduce the size of the differential system; then completed by a model of soot formation, a pyrolytic carbon formation reaction and heterogeneous phenomena occurring on the surface of the steel parts to be cemented which are described by means of Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson model. Experiments conducted on a laboratory scale tubular reactor and a jet stirred reactor are carried out without steel parts. The results are then compared to the results of simulations of acetylene pyrolysis, soot and pyrolytic carbon formation in a plug flow reactor and in a perfectly stirred tank reactor. The results show the importance of the role played by the formation of pyrolytic carbon and soot on the formation of PAH. Experiments on an industrial low-pressure gas-carburizing furnace are conducted as well; they consist in the carburization of steel parts using an industrial "recipe", i.e. predetermined operating conditions obtained by trial-and-error basis in order to meet the desired carburizing depth. The experimental results are used to estimate the parameters of the heterogeneous surface reaction by assuming a complete model of low-pressure gas carburizing in a perfectly stirred tank reactor. The model is then used in the formulation of the dynamic constrained optimization problem which aims to minimize the production of toxic compounds while ensuring the industrial quality of the carburized steel parts. Optimal operating conditions allowing to obtain steel parts of the same quality as those obtained with the industrial recipe are then determined by solving the optimization problem and experiments using the new operating conditions are conducted in the industrial furnace. The results corroborate that the optimized recipe leads to steel parts of the same quality as the industrial recipe, while reducing the process toxicity
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Elia, Marc. "Etude de la stabilité thermique dans les réacteurs chimiques." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4707/document.
Анотація:
La sécurité des procédés est une préoccupation majeure dans l'industrie du raffinage et de pétrochimie. Pour les procédés très exothermiques, l'emballement thermique doit être évité. Ainsi, l'objectif de la thèse est la mise en place d'une méthodologie d'étude de la stabilité thermique dans les réacteurs chimiques qui permet de déterminer les zones opératoires de fonctionnement stable du réacteur. Après le développement d'un modèle dynamique de réacteur, la méthodologie consiste à cartographier les zones de stabilité et d'instabilité du système réactionnel en régime stationnaire et dynamique. Le critère de Van Heerden (régime stationnaire) à été généralisé pour application à des systèmes réactionnels complexes. La méthode de perturbation des états stationnaires (régime dynamique) a aussi été intégrée à la méthodologie avec l'analyse des valeurs propres.Cette méthodologie a été appliquée au procédé d'hydroconversion en lit bouillonnant de charges pétrolières lourdes, ceci à l'échelle pilote et industrielle. Des modèles dynamiques adaptés au procédé pilote et industriel ont été développés. Ils tiennent en compte la complexité de la charge ainsi que le schéma des deux procédés. L'étude de la stabilité stationnaire et dynamique a été réalisée. Des cartographies de stabilité/instabilité en fonction des principaux paramètres du procédé ont été tracées. D'après les résultats obtenus, la plage stable pour réacteur pilote est plus large que pour le réacteur industriel. La variation des paramètres du procédé ont le même effet sur les deux réacteurs. Les cartographies de stabilité obtenues sont un outil indispensable pour l'ingénieur lors du design des procédés ou leur opérationIn refining and petrochemistry process safety is a major issue. For highly exothermic processes it is necessary to ensure in a rigorous way the safe that the process operates in safe conditions, hence avoiding thermal runaway. The objective of this thesis was to develop a methodology to determine the operating conditions of reliable operation of chemical reactors. The methodology relies on stationary and dynamic analysis. The stationary stability analysis based on the Van Heerden criterion was generalized to complex chemical systems. The dynamic analysis applies the perturbation theory to definitely determine if a stationary point is stable according to eigenvalue analysis.The methodology was applied to ebullated-bed technology for residue hydroconversion at pilot and industrial scale. Two comprehensive dynamic models that accurately represent the ebullated-bed pilot plant and industrial process were developed for the study. The models take into account a detailed description of the reactive system and the configuration of the pilot and industrial plants: three phases, kinetics and flow characterization. A stationary and dynamic thermal stability analysis was carried out for both configurations and stable/unstable operating regions were identified. The study showed that the pilot plant reactor can operate in a larger domain of operating conditions compared to the industrial reactor while the parameters have the same effect on both reactors. The resulting reactor operation diagrams are a essential guide for engineers in the reactor design and operation practice
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Crouslé, Olivier. "Analyse, mise au point et méthodes d'exploitation d'un réacteur chimique pilote pour calorimétrie de réaction." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10191.
Анотація:
Les calorimetres de reaction sont tres utiles dans la mise au point et les etudes de securite des procedes de l'industrie chimique. La modelisation dont ils font l'objet et leur systeme de regulation en font egalement des bancs d'essai reels interessants de la transferabilite industrielle d'algorithmes sophistiques d'automatique et de traitement du signal en vue de leur utilisation industrielle. La reconstruction du thermogramme, le flux de chaleur produit dans le reacteur, necessite toutefois une modelisation dynamique adaptee de l'appareil pour limiter les distorsions. Il requiert en plus une excellente resolution de l'acquisition numerique des temperatures, largement inferieure au centieme de degre celsius, pour limiter le bruit et les incertitudes de quantification des mesures lors des phases transitoires. A cote de cet aspect instrumental, des methodes de deconvolution de modele ou de signal ont ete proposees et appliquees
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Belgacem, Mayouf. "Étude de réacteurs équipés de turbines autoaspirantes : modélisation et simulation pour le cas d'une turbine Rushton." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPL131N.
Анотація:
L'étude a porté sur le fonctionnement de contacteurs gaz-liquide alimentés en gaz par une ou deux turbines autoaspirantes. Les mobiles étudiés sont la turbine Rushton et la turbine à pales inclinées à pompage bas. Dans la première partie de ce travail, le cas d'une seule turbine autoaspirante a été étudié. Les paramètres de l'hydrodynamique globale et locale, ainsi que le transfert de matière ont été déterminés pour chacun des mobiles et pour différentes configurations géométriques. Ce travail a permis de mettre en évidence les différents régimes existants pour la turbine Rushton autoaspirante et de les comparer au cas d'une turbine Rushton alimentée par un distributeur de gaz. La modélisation et la simulation d'un réacteur équipé d'une seule turbine autoaspirante Rushton ont également été faites. La comparaison des deux types de mobiles, Rushton et à pales inclinées montre que cette dernière est très intéressante comme mobile autoaspirant et présente des performances similaire à celles de la turbine Rushton , jusqu'à 3,5 kW/m3. La deuxième partie de cette thèse a porté sur l'association de deux turbines, dont au moins une est autoaspirante. Nous avons d'abord montré l'existence de la double autoaspiration. Puis nous avons étudié différentes associations de mobiles (turbine Rushton, turbines à pales inclinées à pompage haut et bas), autoaspirante ou pas, et identifié les paramètres géométriques (position des mobiles les uns par rapport aux autres et par rapport au bas du réacteur) qui peuvent influencer les performances du réacteur (rétention gazeuse globale, débit gazeux autoaspiré et le transfert de matière). L'association de deux turbines Rushton a ainsi été montrée comme la plus performante. Enfin, la comparaison avec un réacteur monoétagé permet de noter les avantages du multi-étagé autoaspirant qui permet d'atteindre des taux de rétention gazeuse nettement supérieur et des valeurs du coefficient volumique de transfert de matière kLa jusqu'à trois fois plus grand.
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Cuille, Pierre. "Approche de la simulation dynamique : application aux procédés discontinus." Toulouse, INPT, 1986. http://www.theses.fr/1986INPT013G.
Анотація:
Etude par simulation d'un reacteur agite homogene, travaillant eventuellement a ebullition. Puis developpement d'un logiciel de simulation d'operations de distillation en discontinu, avec ou sans reactions chimiques. Etude des problemes theoriques et de leur mise en oeuvre numerique
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Swaels, Philippe. "Modélisation et simulation dynamique de réacteurs chimiques discontinus : application à la synthèse des polyesters insaturés." Rouen, 1995. http://www.theses.fr/1995ROUES036.
Анотація:
Les critères actuels d'arrêt de synthèse des résines polyesters sont insuffisants pour garantir la fabrication du produit désiré qui passe par une meilleure connaissance du procédé ; le travail de modélisation présenté dans ce mémoire a donc été réalisé dans le cadre d'un projet qui a pour ambition de fournir un outil de simulation dynamique permettant d'aider les ingénieurs à mieux comprendre le fonctionnement d'un procédé et les opérateurs à mieux conduire la synthèse effectuée. Les bilans instantanés de matière et d'énergie ont été établis pour chaque partie de l'installation considérée (réacteur, colonne, condenseur). Une méthodologie a été mise au point pour décrire le système réactionnel correspondant à la production de polyesters insaturés. Le système d'équations algébro-différentielles a été intégré à l'aide de l'algorithme DASSL, modifié pour gérer au mieux les événements rencontrés ainsi que les discontinuités du modèle. Une analyse de ce modèle a été opérée pour utiliser les possibilités de la programmation orientée objet lors de l'écriture du logiciel de simulation. Il s'avère que l'utilisation de ce langage dans l'environnement Windows a permis de développer un outil convivial pour l'utilisateur et pour le programmeur, Simulbatch. Le modèle a été validé pour des chauffages-refroidissements et des distillations d'inertes. A l'aide d'expériences spécifiques, les paramètres cinétiques des réactions principales de la synthèse du polymaléate de propylène glycol ont pu être estimés par le logiciel. L'étude de la cinétique de polyésterification avec prise en compte du départ de l'eau, ceci par l'intermédiaire d'une réaction fictive, a permis d'établir une équation de vitesse applicable quelles que soient les conditions de la synthèse. La théorie de Flory-Huggins a été utilisée pour représenter l'équilibre liquide-vapeur du mélange polyester-monomère-condensat. Avec ces données, le logiciel reproduit correctement l'évolution dynamique des températures et des concentrations
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Hassnaoui, El Hassan. "Etude mathématique, simulation et contribution à la modélisation d'un réacteur de craquage catalytique." Saint-Etienne, 1992. http://www.theses.fr/1992STET4020.
Анотація:
Dans ce travail, on présente une étude mathématique et numérique d'un modèle décrivant l'évolution des espèces chimiques dans un réacteur de craquage catalytique. Dans une première partie, on présente la modélisation du réacteur. Le modèle présenté fait intervenir une famille d'équations aux dérivées partielles non linéaires de type convection-diffusion-réaction. Dans la seconde partie, on propose une étude mathématique du problème. Dans cette étude, on distingue le cas stationnaire du cas non stationnaire. Pour le premier cas, on a une famille d'équations elliptiques non linéaires. Des résultats d'existence et de régularité de la solution sont obtenus, et sous certaines conditions sur les paramètres cinétiques, un résultat d'unicité est établi. Pour le cas non stationnaire, on a un système d'équations paraboliques non linéaires, des résultats d'existence et d'unicité sont obtenus. Enfin dans la dernière partie, on applique une méthode itérative de linéarisation au problème stationnaire. La convergence de cette méthode est établie. On utilise, ensuite, de façon à obtenir une formulation discrète, un schéma aux différences finies. Quant aux résultats numériques, ils sont compatibles avec les résultats expérimentaux réalisés sur sites industriels
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Rafalimanana, Célestin Alexis. "Contribution à la modélisation des cinétiques réactionnelles, à la simulation et à la conduite thermique des réacteurs de chimie fine." Toulouse, INPT, 1990. http://www.theses.fr/1990INPT039G.
Анотація:
La premiere partie de ce travail est consacree a l'identification de la stchiometrie et des grandeurs cinetiques de reactions chimiques en phase liquide pseudo-homogene. Cette identification est realisee en se limitant aux seules donnees reellement disponibles sur un site industriel qui sont les mesures des concentrations initiales et finales de tous les constituants ainsi que le profil de temperature du milieu reactionnel au cours du temps. La deuxieme partie concerne la conduite thermique d'un reacteur semi-continu. Le reacteur etudie est un reacteur muni d'une double-enveloppe dans lequel circule un thermofluide disponible a un temperature fixee. La regulation de la temperature au sein du reacteur est realisee par le choix du fluide adequat et en agissant sur son debit. Pour ce faire, un algorithme de commande adaptative, base sur la technique de commande predictive generalisee associee a un estimateur de parametres utilisant la methode des moindres carres, a ete developpe. Cette technique de conduite a ete appliquee avec succes a la fois sur un reacteur pilote de 2 litres pour des reactions fortement exothermiques ainsi que sur un modele de simulation du fonctionnement dynamique d'un reacteur discontinu. Les developpements theoriques conduisant a l'ecriture de ce modele sont presentes. Ce travail s'inscrit dans un cadre plus general qui concerne l'utilisation optimale des reacteurs semi-continus ou discontinus en chimie fine
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Ait-Amer, Slimane. "Elaboration d'un logiciel général de simulation de réacteurs de CVD." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT004G.
Анотація:
Le procede de depot chimique a partir d'une phase vapeur (cvd) est d'une grande importance dans de nombreux secteurs industriels, notamment l'industrie microelectronique. Le but de ce travail est de developper un modele mathematique decrivant le fonctionnement des reacteurs de cvd. Dans un premier temps, pour resoudre le probleme des ecoulements, nous avons utilise un logiciel de commerce nomme estet. Par la suite, nous avons elabore un programme qui traite des phenomenes de transfert de matiere avec reactions chimiques en phase gazeuse et sur les surfaces solides. Ce programme est construit d'une telle facon qu'il soit compatible avec estet, c'est a dire qu'il puisse utiliser les post et preprocesseurs d'estet ainsi que ses resultats. Le code de calcul ainsi etabli a servi a realiser trois etudes detaillees. La premiere, concerne l'etude du depot de silicium, polycristallin pur a partir du silane, dans des reacteurs dits a murs froids. La deuxieme, a porte sur l'etude du depot de silicium, polycristallin pur a partir du silane et dope in situ au phosphore a partir d'un melange de silane et de phosphine, dans un reacteur tubulaire horizontal a murs chauds, comprenant un compartiment de huit plaquettes. La derniere partie est consacre a l'etude du depot de silicium polycristallin a partir du disilane dans le meme reacteur tubulaire horizontal. L'analyse des resultats obtenus, met en evidence le role tout a fait determinant jouees par les reactions en phase gazeuse qui creent des especes nouvelles qui, eventuellement, participent au depot de films solides. Le travail demontre egalement, les possibilites actuelles et l'interet pour l'industrie, de la modelisation et de la simulation du fonctionnement des reacteurs de cvd
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Arab, Sofiane. "Développement d'un procédé de synthèse de méthanol à partir de CO2 et H2." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0240/document.
Анотація:
Dans un climat de raréfaction des énergies fossiles et de tensions liées à la sécurisation de l'approvisionnement mondial, un passage progressif à des sources d'énergie peu carbonées s'opère dans plusieurs pays du monde. L'utilisation de ressources renouvelables telles que les ressources solaires et éoliennes soulèvent intrinsèquement la problématique d'intermittence de production. Ce qui conduit à un écart entre la production et la consommation d'électricité et génère parfois d'importants excédents d'électricité. Une voie de valorisation de cet excédent consiste à la stocker sous forme chimique dans l'hydrogène qui sera à son tour utilisé pour la synthèse de méthanol. L'objectif de cette thèse consiste à explorer des voies de développement d'un nouveau procédé de synthèse de méthanol à partir de CO2 venant de sources industrielles et de H2 issu de l'électrolyse de l'eau. Le procédé doit répondre à des variations fréquentes de régime de fonctionnement. Dans un premier temps, une étude des phénomènes de transfert de matière et de chaleur pour deux technologies de réacteurs de synthèse de méthanol a été réalisée moyennant des critères de la littérature. En se basant par la suite sur les résultats obtenus lors de l'analyse des transferts, un modèle de réacteur hétérogène a été développé et exploité pour une vaste étude paramétrique du réacteur de synthèse de méthanol. Dans un second temps, l'étude a été étendue à un réacteur avec recyclage afin d'apprendre davantage sur l'impact de l'intégration du réacteur dans la boucle sur ses performances et la production globale de méthanol. Fort d'une compréhension des phénomènes ayant lieu au sein du procédé en régime permanent, un modèle de la boucle a été développé pour des simulations du procédé en régime transitoire. Les temps nécessaires pour le démarrage de l'unité ainsi que sa stabilisation suite à un changement de régime de fonctionnement ont été estimés par le modèle transitoire. La disponibilité de l'électricité actuelle et à moyen terme a été analysée dans l'optique d'anticiper sur le nombre de transitions annuelles auxquelles sera soumise l'unité de méthanol. Sur cette base, des designs de réacteurs et des stratégies opératoires ont été proposés dans le but de réduire au mieux l'impact des transitions sur l'unité de méthanol. Tout un chapitre a été consacré à d'éventuelles possibilités de développement et d'amélioration du procédé de synthèse de méthanol. Des designs de réacteurs sont proposés et évalués par rapport à leur capacité à convertir l'hydrogène. Même si les propositions de design ne sont qu'au stade de concept, certaines suscitent plus d'intérêt et méritent une évaluation plus approfondie. Finalement, un outil d'aide à la décision multicritères a été présenté puis utilisé pour essayer de choisir une technologie de réacteur pour le procédé de synthèse de méthanolAs the result of fossil resources increasing scarcity, and geopolitical tensions due to energy supply securing, some countries are gradually moving to renewable and low carbon energy resources to reduce significantly their energy dependency. The electricity production from solar and wind energy are intrinsically responsible for intermittency issues that periodically lead to a gap between production and consumption. Transforming the unused excess of electricity production to chemicals may be an interesting solution for optimal exploitation of these resources. This thesis aims at investigating some means of developing new methanol process synthesis from CO2 stemming from industrial sources and H2 produced by the excess of electricity through water electrolysis. The envisioned methanol unit should be able to operate under variable regime. Initially, heat and mass transfer for two reactor technologies of methanol synthesis have been studied by using criteria described in literature. Then, a heterogeneous reactor model has been grounded in the results of heat and mass transfer analysis obtained previously. The reactor model was used to carry out a large parametric analysis of the reactor. In a second step, the reactor survey has been extended to the methanol loop to learn about the effect on the global reactor performances after its integration in the methanol loop. Once the phenomena involved in methanol process have been understood in steady regime, a transient model of the methanol loop has been developed and used to investigate the process dynamics such as the required time to start the process or to move from an operating state to another. The current and medium term electricity availability has been assessed in order to estimate the number of transitions per year undergone by the methanol unit. Based on these observations, reactor designs and operating strategies have been suggested so that they lower the impact of transitions on methanol unit. A whole chapter has been dedicated to evaluate some alternatives to develop and to improve the process of methanol synthesis. Some reactor designs have been suggested and their ability to convert hydrogen to methanol has been simulated. Although the reactor design proposals are only at the concept stage, some of them arouse more interest, and merit further evaluation. Finally, a decision support tool has been presented and used to choose the most appropriate reactor technology for the process of methanol synthesis
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Lucas, Philippe. "Modélisation et simulation du régime transitoire d'unités de séparation d'un procédé chimique avec leur système de régulation : Application à la conduite d'un atelier industriel." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1988. http://www.theses.fr/1988ECAP0083.
Анотація:
Le travail proposé porte sur la simulation de régimes transitoires d'un procédé industriel et son utilisation pour l'étude de la conduite de cet atelier. A partir de l'observation d'un atelier de distillation et de l'analyse de son comportement pendant les phases transitoires est proposée une méthodologie de modélisation réaliste mais complexe pour représenter le fonctionnement d'un procédé. L'examen de la littérature scientifique sur le calcul du régime transitoire des procédés montre que la résolution numérique s'appuie le plus souvent sur la méthode de Bear comme le montrent les quelques logiciels et applications industrielles proposés. Sur la base des modèles présentés dans la littérature les équations retenues pour représenter l'installation étudiée sont exposées. Elles concernent non seulement l'accumulation et le transport de matière et d'énergie mais aussi l'acquisition de l'information et sa conversion en actions sur le procédé. La mise en oeuvre de cette modélisation avec le logiciel SpeedUp exige que le système d'équations différentielles et algébriques soit bien conditionné. L'obtention de tels systèmes est illustrée par des exemples d'opérations tirées du procédé étudié. Cette expérience permet de formuler des règles générales de modélisation. Quelques modèles ainsi écrits sont présentés. La modélisation ainsi définie appliquée à un évaporateur puis à la colonne de distillation conduit à des réponses qualitativement et quantitativement conformes à la réalité. Le choix des variables de commande d'une colonne de distillation est plus particulièrement exposé. Son application à la colonne étudiée invite après une étude en transitoire à choisir un certain jeu de variables intensives. Cette étude donne quelques recommandations pour la bonne conduite des régimes transitoires de procédés fortement perturbés. Le mémoire se termine par un bilan de l'apport potentiel de la simulation dynamique dans le choix de la stratégie de conduite d'un procédé.
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Chalmet, Stéphanie. "Simulation de processus chimiques en phase liquide par des méthodes hybrides DFT/MM." Nancy 1, 2000. http://www.theses.fr/2000NAN10175.
Анотація:
L' objectif principal de ce travail a été de développer les méthodologies mixtes QM/MM en vue de leur utilisation pour la simulation de processus chimiques. Nous proposons notamment : - des algorithmes pour accélérer la convergence des calculs SCF, -des nouvelles approches pour calculer les interactions non-électrostatiques QM/MM, -une méthode QMlMM couplée à un modèle du continuum des protocoles pour la paramétrisation du champ de force, la recherche d'une structure de transition dans un environnement complexe et la simulation de trajectoires réactives. La comparaison de nos résultats pour une molécule d'eau dans l'eau avec l'expérience et d'autres travaux théoriques a montré que l'approche QM/MM, à condition d'être convenablement paramétrée, conduit à des résultats tout à fait satisfaisants. Nous avons montré à cette occasion que le modèle du continuum standard sous-estime de façon assez importante le champ de réaction en solution aqueuse. Une autre conclusion issue de cette étude comparative est que des résultats d'une dynamique moléculaire QM/MM peuvent être reproduits par une dynamique moléculaire classique à condition d'utiliser les mêmes paramètres pour les interactions QM/MM non-électrostatiques et un jeu de charges pour les atomes QM équivalent aux charges nettes moyennes de la simulation QM/MM. Ces charges peuvent être estimées aussi directement à partir du modèle QM/MM/Continuum. Nous avons étudié la réaction d'hydrolyse du formamide qui est un modèle pour les processus d'hydrolyse des peptides dont l'importance biochimique est bien connue. La comparaison des différents modèles nous a montré, dans ce cas, la grande sensibilité des résultats au choix de la structure de transition, qui est nécessaire pour démarrer les simulations dans l'approche « rare event ». C'est certainement la principale difficulté à surmonter dans une étude de simulation et les méthodes développées dans cette thèse constituent la réponse la plus élaborée à l'heure actuelle.
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Crignon, Anne-Marie. "Modélisation et simulation d'un réacteur discontinu : application à une polymérisation en émulsion." Lyon 1, 1992. http://www.theses.fr/1992LYO10066.
Анотація:
La maitrise d'une reaction realise en semi-continu implique le controle des trajectoires de temperature et de concentration. La commande de tel systeme implique la modelisation du processus par couplage irreductible de bilans de matiere et d'energie. Nous proposons une methode par l'elaboration et l'identification de modeles de connaissance de reacteurs fermes ou semi-fermes, basee sur une approche de type genie chimique et constituee de deux etapes: modelisation des transferts thermiques dans le reacteur et identification d'un modele cinetique formel. En exemples sont traitees la modelisation d'une reacteur pilote de 160 l, et celle d'un reacteur industriel de 12. 5 m#3. La reaction qui sert de support a notre etude est une polymerisation en emulsion
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Genty, Joël. "Modélisation et simulation dynamique du couplage bioréaction-filtration : application aux fermentations alcoolique et lactique." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1992. http://www.theses.fr/1992ECAP0262.
Анотація:
Le couplage d'un bioréacteur et d'un système de filtration tangentielle est étudié. Une modélisation approfondie du procédé a été effectuée en tenant compte des paramètres biologiques et des variables de procédé. Il a ainsi été établi un système différentiel de 28 équations à 44 variables pour un ensemble représentatif des différents types d'installations couplant bioréacteur et système membranaire. Un logiciel a été programmé en langage C et en Visual Basic sous l'environnement Windows d'un PC 386, et permet de calculer ou de visualiser l'évolution dynamique de tous les débits et concentrations intervenant dans le procédé. Grace à cet outil, nous avons comparé des données bibliographiques expérimentales et des simulations dynamiques. Des essais de fermentation continue de bière ont aussi été effectués en bioréacteur à membrane et ont été confrontés aux résultats de simulation. Cette validation de la modélisation a ainsi été conduite sur 8 cas expérimentaux (3 en fermentation alcoolique et 5 en fermentation lactique). Il en ressort que l'écart par rapport aux calculs est du même ordre de grandeur que l'erreur expérimentale. Le simulateur dynamique possède un bon pouvoir prédictif et demeure cohérent avec les résultats expérimentaux.
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Baba-Aissa, Chafik. "Modélisation et simulation numérique des écoulements diphasiques, turbulents au sein des réacteurs chimiques : application aux colonnes à bulles." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPL129N.
Анотація:
Les colonnes à bulles offrent un domaine d'application aux propriétés de mélange par agitation des bulles. La construction de ce type de réacteurs est relativement simple, en revanche, la structure des écoulements est très complexe et demeure une contrainte rendant leur dimensionnement problématique avec leur corollaire de sur ou sous dimensionnement entrainant des pertes de rendement, de réactifs introduits dans le réacteur. C’est la raison pour laquelle les méthodes traditionnelles utilisées en génie chimique semblent de plus en plus supplées par une approche qui s'appuie sur la mécanique des fluides numérique pour explorer localement la structure des écoulements. L’approche lagrangienne et l'approche eulérienne sont les deux méthodes utilisées. La méthode lagrangienne considère la phase continue au moyen du modèle exact de Navier Stokes diphasique, alors que la phase dispersée est décrite au moyen de sa trajectoire. Le couplage des deux phases s'effectue par les forces d'interaction au niveau de l'interface. L’approche eulérienne considère chaque phase par un système d'équations de Navier Stokes, le terme source relatif aux interactions au niveau de l'interface sert à coupler les deux phases. Le but que nous nous proposons d'atteindre est une certaine maitrise de la simulation numérique des écoulements au sein des réacteurs diphasiques à bulles. Pour ce faire les simulations sont comparées avec les résultats publiés. Deux cas tests sont proposés pour montrer la capacité du code utilisé à donner des résultats à des conditions différentes de distribution des bulles. Distribution sur toute la colonne, et distribution partielle de gaz. Nous considérons trois types de réacteurs. Le premier est une colonne à bulle de grand diamètre dont les résultats obtenus sont comparés avec les travaux portant sur la simulation numérique utilisant le modèle lagrangien. L’analyse comparative concerne les deux types de modèles. Le deuxième réacteur est une colonne à bulle dont le rapport hauteur sur diamètre est supérieur à dix. Les résultats sont comparés avec les mesures expérimentales, essentiellement la vélocimétrie à film chaud. Dans une troisieme série de simulations nous avons considéré un réacteur du type gazosiphon utilisé. Le but de l'approche est de comparer le code que nous avons utilisé avec un autre type de code de mécanique des fluides numérique. Les efforts pour assurer le succès de cette approche doivent porter sur la modélisation mathématique des phénomènes de coalescence et de fragmentation des bulles et leur introduction au sein du modèle.
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Fillon, Manuel. "Développement d'une méthodologie pour la modélisation et la simulation des réacteurs discontinus. Application à la fermentation brassicole." Toulouse, INPT, 1996. http://www.theses.fr/1996INPT026G.
Анотація:
Les bases necessaires a la construction de modeles stoechio-cinetiques sont les connaissances experimentales acquises dans le laboratoire ou sur les pilotes industriels, et les connaissances theoriques obtenues par une etude bibliographique. La demarche classique consiste a construire les lois cinetiques a partir des connaissances theoriques, et a identifier les parametres qui s'y rattachent sur les differents jeux de donnees experimentales disponibles. Lorsque l'adequation modele/experience n'est pas correcte, il est difficile de repondre aux questions suivantes : les donnees experimentales sont-elles correctes ? les parametres cinetiques peuvent-ils etre estimes ? a cette approche globale, qui ne permet pas de retour direct sur les questions posees, nous preferons une approche sequentielle et progressive qui permet de juger tres tot de la qualite des mesures et ensuite de mettre en place les lois simplement a partir d'une analyse du resultat experimental. Ces deux premieres etapes reposent sur des contraintes imposees par les bilans de matiere. La premiere etape correspond au jugement de la qualite des donnees experimentales, les mesures erronees sont detectees, puis eliminees par filtrage sur des bilans atomiques. La deuxieme phase, une analyse factorielle des donnees, permet d'assister la conception du modele cinetique. Le schema reactionnel propose ainsi que les differents mecanismes cinetiques, sont testes pour savoir s'ils sont en adequation avec la connaissance experimentale. L'estimation des parametres cinetiques intervient dans la troisieme phase. Un modele tres general de reacteur biologique integrant les aspects thermodynamiques et les resistances aux transferts, a ete developpe et valide. Cette approche a necessite d'abord de travailler les deux premieres etapes sur le plan theorique. Les methodes sont presentees et critiquees, avec dans chaque chapitre, une illustration sur deux exemples de reacteurs biologiques utilises en brasserie.
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Pfeil, Jörg. "Contribution a la commande adaptative des réacteurs discontinus." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL141N.
Анотація:
Avec le développement de la chimie fine, la commande de réacteurs discontinus est devenue un enjeu important pour l'industrie chimique. Ainsi, il est fréquent de devoir suivre un profil de température, de pression ou d'alimentation en réactifs. Un modèle de simulation de réacteur à été développé ainsi qu'un réacteur pilote sur lesquelles une commande adaptative par placement des pôles et une commande adaptative à modèle prédictif généralisé ont été comparées par rapport à un PID. Un logiciel général d'identification a été simultanément développé
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Wiss, Jacques. "Contribution à l'étude de la sécurité des réacteurs chimiques au point d'ébullition par utilisation du refroidissement par évaporation : techniques d'évaluation des risques, méthodes de conception d'installations sûres." Mulhouse, 1992. http://www.theses.fr/1992MULH0250.
Анотація:
L'étude de la sécurité ou de la conception d'un procédé chimique sous des conditions de reflux comprend quatre volets : 1) les données thermo-chimiques de la réaction déterminées par une nouvelle méthode de mesure de l'enthalpie de réaction et du flux de chaleur grâce à un calorimètre à flux de chaleur ; 2) la puissance de refroidissement maximale du condenseur est calculée afin d'éviter la dispersion d'un nuage de vapeurs inflammables et/ou toxiques dans l'atmosphère ; 3) une nouvelle corrélation permettant de prévoir l'engorgement du tube des vapeurs est proposée. La puissance thermique maximale admissible dépend de l'enthalpie de vaporisation du solvant et de la section du tube des vapeurs ; 4) la puissance thermique maximale possible pour éviter le trop plein du réacteur induit par l'augmentation du volume apparent à l'ébullition est calculée. Ces paramètres peuvent être calculés à l'aide du logiciel de simulation qui a été développé. Une méthodologie récapitulant la marche à suivre pour la conception et l'étude de la sécurité de tels procédés est présentée sous forme d'un arbre de décisions
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Monge, Thierry. "Modélisation et commande multivariable non linéaire robuste des réacteurs chimiques discontinus - application à un procédé industriel." Rouen, 1996. http://www.theses.fr/1996ROUES069.
Анотація:
Le présent travail concerne, dans une première partie, la modélisation d'un réacteur chimique semi-continu industriel, celle-ci étant ensuite appliquée à la commande multivariable non linéaire. Les bilans instantanés de matière et d'énergie ont d'abord été établis. Une méthodologie a été mise au point pour décrire le système réactionnel correspondant, ceci à l'aide d'une approche hybride molécules/groupements fonctionnels. L'étude de stabilité menée sur le procédé en a montré le caractère instable. A l'aide d'un certain nombre d'expériences, les paramètres cinétiques des réactions principales de la synthèse étudiée ont pu, à l'aide de méthodes spécifiques, être estimés par le logiciel Simulbatch® précédemment développé. Avec ces données, le logiciel est ensuite capable de reproduire correctement l'évolution dynamique des températures et des concentrations du milieu réactionnel. Le modèle a été validé pour des chauffages-refroidissements d'inertes ainsi qu'avec différents systèmes réactionnels. L'intégration en temps réel d'un système d'équations différentielles représentatives du procédé, recalé en ligne, permet d'effectuer une linéarisation et un découplage dynamique par rebouclage du système à réguler. Ce nouveau système est alors régulé par une technique de commande prédictive robuste. Cette approche feedforward/feedback permet de prendre en compte l'instationnarité et les non linéarités inhérentes à ce type de procédé. Le module de commande et de communication a été écrit en C++ dans l'environnement Windows™, ce qui a permis de développer un outil convivial pour l'utilisateur et pour le programmeur et a donné lieu au logiciel Sisobatch®. L'association de ce module à Simulbatch® a donné lieu au logiciel de commande de réacteurs chimiques discontinus, Commandbatch®
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Azoumah, Yao Kétowoglo. "Conception optimale, par approche constructale, de réseaux arborescents de transferts couples pour réacteurs thermochimiques." Perpignan, 2005. http://www.theses.fr/2005PERP0646.
Анотація:
L'amelioration des transferts de chaleur et de masse et la cinetique chimique dans les reacteurs thermochimiques accroit fortement leur performance en puissance et/ou en energie. La geometrie du reacteur joue un rôle tres important dans cette amelioration. Cette these a permis de developper des methodes originales combinant l'approche constructale et deux criteres d'optimisation thermodynamique: la minimisation de la production d'entropie (modelisation stationnaire) et la maximisation du rapport puissance / production d'entropie (modelisation dynamique). A l'aide de ces methodes, une conception optimale des reseaux de transferts couples de chaleur et de masse est faite pour les reacteurs thermochimiques. Cette etude a montre que tout reacteur, quelque soit le materiau reactif qu'il contient, possedeune forme geometrique optimale. Des modeles analytique et numerique couplant les transferts de chaleur et de masse ainsi que la cinetique chimique ont permis de montrer l'efficacite des architectures arborescentes constructales dans la conception des reacteurs thermochimiques. Une approche experimentale a ete abordee dans le but de valider les modeles analytique et numeriqueHeat and mass transfer and chemical reaction improvements in thermochemical reactors strongly increase their performance in power and / or in energy. The reactor geometry plays an important role in these improvements. This work developed original methods combining constructal approach and two thermodynamics optimization criteria: the entropy generation minimization (for steady state modelling) and the ratio of the power over the entropy generation (for dynamic modelling). These methods enabled to optimize the design of the coupled heat and mass transfer networks in the thermochemical reactors. This study showed that for every reactor there exists its optimal shape regardless to the reactive material that filled it. Analytical and numerical models, coupling heat and mass transfer, and chemical reaction, enabled to demonstrate the constructal tree-network architecture efficiency in the thermochemical reactors design. An experimental approach was started in order to valid the analytical and numerical models
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Bisch, Christophe. "Etude d'un réacteur destiné à caractériser par effet Raman spontané la phase gazeuse dans le procédé de dépôt chimique en phase vapeur." Perpignan, 1996. http://www.theses.fr/1996PERP0235.
Анотація:
L'objectif de ce travail etait de concevoir et realiser un reacteur destine a etudier par spectroscopie raman spontanee la phase gazeuse dans le procede de depot chimique en phase vapeur. L'etude a porte sur le choix d'un type de reacteur, la selection d'une configuration de fonctionnement grace a la simulation numerique du procede, la realisation et la mise en uvre de ce reacteur en relation avec le dispositif de spectroscopie raman. Le modele a ete valide sur le plan des ecoulements par visualisation des lignes de courant grace a la tomographie laser. Un reacteur dit sans parois dans lequel le melange reactif est chauffe par melange avec un gaz non reactif porte a haute temperature, en evitant tout contact avec une paroi a ainsi ete construit. Les differentes methodes permettant de mesurer localement la temperature du gaz ainsi que les concentrations des molecules par spectroscopie raman sont presentees. Pour chacune de ces mesures la methode la plus appropriee a ete appliquee a l'etude du melange reactif tic1#4+nh#3. Les poudres qui sont formees par nucleation en phase homogene a partir de ce melange tres reactif des la temperature ambiante ont egalement ete etudiees
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Gaudy, Anne-Marie. "Conduite automatique et simulation d'un réacteur discontinu de développement industriel à système de chauffage-refroidissement par monofluide." Toulouse, INPT, 1992. http://www.theses.fr/1992INPT034G.
Анотація:
Ce travail concerne la conduite thermique d'un reacteur discontinu a double-enveloppe muni d'un systeme de chauffage-refroidissement par monofluide, qui circule a debit constant dans une boucle en circuit ferme. Sur ce circuit, sont disposes des echangeurs et un crayon chauffant. Le controle de la temperature masse, lors du suivi d'un profil de consigne, est realise en modifiant la temperature du monofluide par action sur la puissance de chauffe ou sur les debits de refrigerants des echangeurs. Un reacteur pilote de 1 litre a ete realise pour notre etude et parallelement, nous avons developpe un modele de simulation de l'ensemble reacteur-systeme thermique afin de multiplier a la fois les experiences et d'extrapoler les resultats a des reacteurs de taille industrielle. Nous avons etudie deux structures de regulation qui sont, d'une part la commande directe entre la temperature masse et la puissance de chauffe ou le debit des refrigerants, et d'autre part, la commande en cascade entre la temperature masse, celle de la double enveloppe et les elements externes. Deux types d'algorithmes de controle ont ete compares: un pid classique et un algorithme de commande adaptative basee sur la commande predictive generalisee a double modele de reference (gpc). Notre etude a montre que les meilleurs resultats etaient obtenus en associant un gpc pour la boucle maitre avec un pid sur la boucle esclave. Enfin, nous avons etudie l'influence de la dynamique de la boucle externe sur la conduite du reacteur. Finalement, nous avons envisage en simulation, d'autres configurations de systemes monofluides et analyse leur conduite, pour des reacteurs d'1 litre et de 100 litres
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Vérant, Jean-Luc. "Etude de méthodes numériques et de modèles physico-chimiques pour des écoulements hypersoniques réactifs : application aux véhicules spatiaux." Aix-Marseille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990AIX11314.
Анотація:
Les rentrees hypersoniques, planantes ou balistiques, sont le siege de phenomenes thermodynamiques importants mettant en jeu des energies considerables. Il est necessaire d'evaluer des methodes numeriques qui puissent tenir compte des specificites des echanges internes du gaz en relaxation chimique dont les temps caracteristiques, tres faibles, sont tres contraignants pour la stabilite des schemas etudies. L'introduction des effets de desequilibre chimique dans un melange d'especes neutres est effectuee dans la modelisation des equations de couche limite et celles de navier-stockes parabolisees. Dans un premier temps, la simulation de la couche limite est developpee a partir des equations prenant en compte le caractere dissociatif du melange gazeux. Une methode numerique aux volumes finis implicite est appliquee au systeme conservatif. L'exemple d'application est celui d'une couche limite a symetrie axiale sur le medecin intrados d'une maquette d'hermes94 dans des proches conditions d'ecoulement de la soufflerie hypersonique f4. Le deuxieme niveau de modelisation et d'approximation des equations de navier-stockes est obtenu en developpant un systeme d'equations pns applique a des ecoulements supersoniques, tandis que les equations sont modifiees dans la zone subsonique. Ceci permet le calcul du champ entre le corps et le choc par la technique de marche en espace dans la direction de l'ecoulement. La methode numerique utilise un schema aux volumes finis, implicite par linearisation des flux. Une approche de type tvd est operee sur les flux de fluide parfait dans la direction transversale de l'ecoulement. Les cas etudies valident le schema numerique ainsi que les hypotheses physiques introduites: comparaisons avec des calculs navier-stokes instationnaires modelises en desequilibre chimique. La simulation du champ complet en desequilibre chimique dans le plan du meridien intrados de la maquett
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Vial, Christophe. "Apport des méthodes de la mécanique des fluides à l'étude des contacteurs gaz/liquide : expérience et simulation numérique." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_VIAL_C.pdf.
Анотація:
Ce travail est consacré à l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique d'une colonne à bulles et d'un réacteur à gazosiphon à recirculation externe. Il comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons mis au point la métrologie nécessaire à la mesure de paramètres hydrodynamiques globaux et locaux dans les écoulements à bulles. Dans cette partie, des méthodes de traitement des fluctuations du signal de pression en paroi ont été développées pour l'identification du régime d'écoulement, et trois techniques de mesures ont été adaptées aux écoulements à bulles pour mesurer la vitesse locale de la phase continue : le tube de «Pavlov», une méthode électrochimique et la vélocimétrie laser Doppler. Ces méthodes ont complété les techniques déjà disponibles pour étudier la dynamique de la phase gaz : sondes optiques locales et sonde Doppler à réflexion d'ultrasons. Cet ensemble de méthodes de mesure nous a ensuite permis de caractériser l'hydrodynamique des deux réacteurs. Les transitions de régime ont été déterminées. Les paramètres mesurés, aussi bien à l'échelle locale qu'à l'échelle du réacteur, sont: le taux de vide, la vitesse, la taille et la morphologie des bulles, ainsi que la vitesse du liquide et ses fluctuations locales. La contrainte tangentielle de frottement, qui ne pouvait être mesurée, a été estimée à partir d'un modèle simple. Finalement, l'évolution de tous ces paramètres a été analysée en fonction du débit de gaz, de son mode de distribution et du régime d'écoulement. Enfin, l'ensemble des données expérimentales obtenues aux échelles locales et globales sur les deux réacteurs a été comparé aux résultats fournis par un logiciel commercial de CFD. Différentes formulations de la traînée, des forces additionnelles et de la turbulence ont été utilisées pour obtenir le meilleur accord possible entre calculs et expériences. La capacité de ce code commercial à prédire correctement l'écoulement ainsi que ses limitations actuelles ont été étudiéesThis work is devoted to the experimental study, the modelling and the numerical simulation of the hydrodynamics of a bubble column and an external loop airlift reactor. It includes three parts. First, measuring techniques have been developed to study the local and global hydrodynamic parameters of the bubbly flow. In this section, several treatments of the fluctuating wall pressure signal have been developed to identify the prevailing flow regime; three measuring techniques have been adapted to bubbly flows in order to measure the local velocity of the continuous phase: the "Pavlov" tube, an electrochemical method and Laser Doppler Velocimetry. These techniques have completed the methods already available to study the dynamics of the gas phase: local optical probes and an ultrasound Doppler technique. Then, this set of measuring techniques has been used to characterise the hydrodynamics in both reactors. Regime transitions have been deterrnined. The local and global parameters which have been measured are: the gas hold-up; the velocity, the size and the morphology of the bubbles; the liquid velocity and its local fluctuations. The Reynolds shear stress, which could not be measured, has been estimated using a simple model. The evolution of these parameters has been related to the gas flow rate, the gas distribution and the hydrodynamic regime. The whole experimental data are finally compared to the predicted values obtained using a commercial CFD code. Several models of drag, additional forces and turbulence have been used to obtain the best agreement between calculations and experiments. The ability of this commercial code to predict correctly the flow and its current limits have been highlighted
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Laganier, Frank S. "Simulation dynamique de procédés : méthodes itératives dynamiques pour la résolution de systèmes algébro-différentiels." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT038G.
Анотація:
Parmi les strategies de resolution utilisees pour la simulation de procedes, il est de rigueur de distinguer entre approches modulaires et approches orientees equations. Cette dichotomie, si elle n'est pas depourvue d'une certaine validite, ne reflete pas la veritable problematique des approches possibles en simulation dynamique. Les modeles dynamiques de procedes chimiques que nous considerons sont constitues par des systemes d'equations differentielles et algebriques (eda), plus ou moins fortement couplees, qui sont resolus numeriquement par discretisation en une suite de systemes d'equations algebriques associes. Si lors de la resolution du systeme d'eda, une phase de decouplage precede celle de discretisation, la methode est dite iterative dynamique. Dans le cas contraire, elle est dite directe. La classe des methodes iteratives dynamiques possede un certain nombre de proprietes qui font d'elles des alternatives attrayantes aux methodes dynamiques directes. L'approche modulaire simultanee (ams) et l'approche par relaxation de fonctions (rf) sont deux exemples de methodes iteratives dynamiques que nous etudions avec plus d'attention. Selon la philosophie des approches modulaires, l'ams se decompose en deux niveaux. Un niveau module ou chaque module correspondant a une ou a un groupe d'operation(s) unitaire(s) est resolu individuellement et un niveau procede, ou le couplage entre modules par le biais des connexions entre ceux-ci est pris en compte. Le niveau procede est caracterise par le coordinateur qui gere l'horizon de temps sur lequel sont integres les modules, et promeut la convergence de la methode
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Mbaye, Cheikh Tidiane. "Contribution à la simulation dynamique des procédés agro-alimentaires : application au procédé d'extraction de l'huile d'arachide." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0470.
Анотація:
L'objet de ce travail est de proposer une modélisation dynamique des opérations unitaires du procédé d'extraction par solvant de l'huile à partir de la graine d'arachide en vue de la simulation dynamique du procédé complet. Les opérations unitaires du procédé d'extraction des huiles oléagineuses sont proches de celles rencontrées en génie chimique. C'est ainsi qu'il est possible d'espérer qu'une simulation dynamique du procédé complet puisse avoir des effets bénéfiques sur l'analyse de tels procédés. De plus, la littérature scientifique ne fournissait pas de méthodes générales de détermination des propriétés thermodynamiques des corps purs et des mélanges rencontres dans les matières premières oléagineuses. Les outils de simulation dynamique des procédés, tels que le logiciel Speedup, par leur possibilité d'introduire ses propres données sur les différents mélanges rencontres sont des moyens efficaces pour la simulation des opérations unitaires de traitement des huiles végétales. La modélisation dynamique des opérations unitaires a été effectuée avec un traitement spécifique des données thermodynamiques. La simulation dynamique du procédé complet a été effectuée en tenant compte de ces modèles dynamiques spécifiques et d'un système adapte de contrôle-commande. A partir de cette modélisation, il a été possible d'étudier un atelier de trituration comprenant les opérations unitaires d'extraction par solvant et de distillation par évaporation a double effet ; une simulation dans des conditions de fonctionnement industriel avec système de contrôle-commande a pu être réalisée avec succès. Le modèle dynamique proposé est très flexible ; il peut s'adapter facilement à une amélioration du procédé ou s'intégrer à une stratégie globale de contrôle-commande.
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Marmillot, Philippe. "Études théoriques et expérimentales de structurations spatiales apparaissant dans un système biocatalytique compartimenté." Compiègne, 1990. http://www.theses.fr/1990COMPD303.
Анотація:
On étudie le comportement à l'état stationnaire d'un arrangement circulaire ou linéaire de trois cellules. Chacune d'elle est le siège d'une réaction de réduction, catalysée par des thylakoïdes immobilisés, et présentant une cinétique d'inhibition par excès de substrat. Plusieurs configurations sont étudiées suivant l'emplacement respectif des entrées en substrat (AO) et des membranes de diffusion entre les cellules. Une analyse par continuation de ces différents modèles, en fonction de AO et du rapport des termes de transport, nous permet de déterminer trois domaines de comportement stationnaire stable: 1, monostabilité; 2, bistabilité et multistabilité; 3, multistabilité et apparition de structures disssipatives. L'existence de ces dernières dépend strictement de la symétrie topologique et fonctionnement des arrangements. Plusieurs comportements structurés sont illustrés expérimentalement.
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Behloul, Chakib Rafik. "Méthodes de conception de réacteurs multifonctionnels (réacteur-échangeur-séparateur) : application à la synthèse directe de DME à partir de CO₂ et d’H₂." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0249.
Анотація:
L'épuisement des ressources et l'accumulation des gaz polluants dans l'atmosphère suscitent aujourd'hui des inquiétudes grandissantes. La transition énergétique en cours nécessite que certains procédés de transformation de la matière et de l'énergie soient partiellement modifiés ou profondément repensés pour s'adapter à des conditions de fonctionnement plus durables. L'électricité et l'hydrogène bas carbone peuvent se substituer aux énergies fossiles conduisant ainsi à un mix énergétique dont l'empreinte Gaz à Effet de Serre (GES) est faible. Outre l'hydrogène, la production de carburants alternatifs et des produits à forte valeur ajoutée est une autre piste pour accompagner la transition énergétique. La recherche de procédés optimaux, durables et économiques est donc un défi majeur auquel les ingénieurs procédés sont confrontés. Le présent travail s'est ainsi focalisé sur l'intensification des procédés de transformation de la matière et de l'énergie, au travers d'unités multifonctionnelles qui exploitent les synergies entre fonctions élémentaires de transformation (réaction, transfert, séparation, etc.) au sein d'un équipement intensif. La notion de réacteurs multifonctionnels, couplant plusieurs fonctions élémentaires, a connu un réel succès d'estime lorsque des démonstrateurs historiques ont vu le jour (procédé Eastman-Kodak, etc.), mais leur implémentation ne s'est pas généralisée par manque de méthodologie de conception pratique. Ce travail porte sur l'application de certaines méthodologies d'intensification pour la compréhension et l'amélioration des performances d'un procédé mettant œuvre des réactions exothermiques équilibrées. La synthèse directe du diméthyl éther (DME) à partir de CO₂ et d'H₂ est retenue comme cas d'étude. Différentes voies exploratoires de développement du procédé de synthèse directe du DME ont été étudiées en s'appuyant sur la modélisation et la simulation. Le réacteur-échangeur de chaleur, le réacteur multifonctionnel (réacteur-échangeur de chaleur-séparateur membranaire), les procédés hybrides de briques élémentaires et un procédé plaçant le réacteur refroidi dans un environnement de procédé classique en présence d'autres opérations unitaires et de recyclages, sont étudiées sous différents angles. Différents cas et stratégies d'optimisation ont été traités qui se distinguent par les variables de décision et la méthode de résolution. Les différentes méthodologies appliquées ont permis de démontrer leur pertinence en termes de solutions obtenues et d'ouverture vers l'innovation des procédés. A l'échelle de l'équipement, l'optimisation des profils représente le cœur de la méthodologie. Les résultats mettent en évidence le potentiel des réacteurs multifonctionnels : une conversion de CO₂ par passe de l'ordre de 98%, un rendement en DME de l'ordre de 95% et une possibilité d'élimination d'une colonne de distillation sont obtenus. Dans le but d'évaluer les caractéristiques du maximum atteignable dans un réacteur multifonctionnel, un procédé hybride de briques élémentaires a été optimisé. A l'échelle du procédé, le comportement du réacteur a été étudié pour comprendre l'impact de l'intégration du réacteur dans une boucle de recyclage et estimer les effets locaux et globaux sur les multiples critères de performances. Sur la base de critères de rendement global en DME, de conversion globale de CO₂, de TRL, etc., la comparaison des différents designs a montré qu'une réduction du nombre d'équipements d'un facteur 11 est possible dans le cas du choix d'un réacteur multifonctionnelThe depletion of resources and the accumulation of pollutant gases in the atmosphere are nowadays of growing concern. The current energy transition requires that certain material and energy transformation processes be partially modified or profoundly reconsidered to fit more sustainable operating conditions. Low-carbon electricity and hydrogen can substitute fossil fuels, leading to an energy mix with a low greenhouse gas (GHG) footprint. In addition to hydrogen, the production of alternative fuels and high value-added products is another way to support the energy transition.Looking for optimal, sustainable and economical processes is therefore a major challenge that process engineers are facing. The present work has thus focused on the intensification of mass and energy transformation processes, through multifunctional units, which take advantage of the synergies between elementary functions of transformation (reaction, transfer, separation, etc.) within an intensive equipment. The concept of multifunctional reactors, coupling several elementary functions, has been a real success when historical demonstrators were created (Eastman-Kodak process, etc.), but their implementation has not been generalized, due to a lack of practical design methodology.This work focuses on the implementation of some intensification methodologies to understand and improve the performance of a process involving balanced exothermic reactions. The dimethyl ether (DME) direct synthesis from CO₂ and H₂ is considered as a case study. Different exploratory ways for the DME direct synthesis process development have been investigated based on modeling and simulation. Reactor- Heat exchanger, multifunctional reactor (reactor-heat exchanger-membrane separator), hybrid elementary block processes and a process involving the cooled reactor in a conventional process environment in the presence of additional unit operations and recycle loop are studied from different angles. Different optimization cases and strategies have been addressed which differ by the decision variables and the solving method. The different methodologies applied have demonstrated the relevance of the solutions obtained and the opening towards process innovation.At the equipment level, the profiles optimization represents the heart of the methodology. The results demonstrate the potential of multifunctional reactors: a CO₂ conversion per pass of 98%, a DME yield of 95% and the possibility to remove a distillation column are obtained. In order to assess the maximum achievable performance in a multifunctional reactor, a hybrid process of elementary blocks has been optimized. At the process scale, the reactor behavior has been studied to further understand the impact of the reactor integration in a recycle loop and to estimate the local and global effects on the multiple performance criteria. Based on various criteria (overall DME yield, overall CO₂ conversion, TRL, etc.), the comparison of the different designs revealed that a reduction of the equipment number by a factor of 11 is possible in the case of a multi-functional reactor choice
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Chakroun, Ihab. "Contribution de la simulation à l'évaluation de l'instrumentation des procédés alimentaires : application au raffinage des huiles végétales." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1995. http://www.theses.fr/1995ECAP0430.
Анотація:
Les récents progrès de la simulation en génie des procédés ont permis une évolution importante de l’efficacité des logiciels et de l’extension de leurs domaines d’application. De même, les connaissances des propriétés physiques et thermodynamiques sont d’une grande importance pour le calcul en ingénierie. Mais la complexité des produits alimentaires, des matières premières, le manque de connaissances sur les transformations physiques et chimiques impliquées dans les procédés et les spécificités des opérations unitaires freinent le développement de la simulation dans les procédés alimentaires. Dans ce travail, nous effectuons la modélisation et la simulation de procédés de raffinage des huiles végétales appliquées plus particulièrement aux huiles de soja, de tournesol et d’olive. A cet effet, des estimations ont été utilisées pour la détermination des propriétés physiques et thermodynamiques et un logiciel de simulation statique généralisée, le simulateur « ASPEN PLUS », a été sélectionné. Dans une première étape, nous avons rassemblé puis réconcilié les données expérimentales disponibles concernant les propriétés thermodynamiques des différents constituants des huiles végétales. Ensuite, nous avons estimé les propriétés des corps purs absents de la banque de donnée disponible dans le simulateur. Nous avons choisi les méthodes de contributions de groupes (MCG) et la méthode quantitative de relations entre propriétés et structure (QSPR). Les limites de ces méthodes ont été résolues en utilisant des données expérimentales et des simplifications. Dans un deuxième temps, nous avons choisi différentes opérations intervenant dans les procédés de raffinage industriels, particulièrement les neutralisations chimique et physique. Un procédé de raffinage chimique de type « MULTI MIX » a été étudié. Nous avons mis au point une modélisation de ces opérations partir des modèles existants dans le simulateur. Des résultats de simulation sont présentés puis ils sont illustrés par une étude de sensibilité réalisée sur les principales variables. Une des applications envisagées à partir de cette étude porte sur le choix des capteurs à implanter sur un procédé industriel.
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Salimi, Fariba. "Approche comparative de la simulation dynamique des colonnes de distillation à plateaux et à garnissage." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1996. http://www.theses.fr/1996ECAP0474.
Анотація:
L'objet de cette étude est de comparer le comportement dynamique d'une colonne à plateaux avec une colonne à garnissage en fonction discontinue. Un modèle mathématique a été développé pour une colonne de distillation à garnissage. Ce modèle a été appliqué pour un système de séparation d'un mélange de BTX (Benzène, Toluène, Xylènes). Les calculs ont été refaits pour le même système avec une colonne de distillation à plateaux. En fin de compte les résultats de la simulation dynamique des deux types de colonnes ont été obtenus par SPEEDUP, logiciel qui résout des systèmes d'équation algébro-différentielles. Les aspects numériques des approches séquentielle et équationnelle pour la simulation dynamique du procédé ont également été étudiés et comparés.
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Pioch, Magali. "Contribution à l'étude du devenir, en milieu urbain, pendant le ruissellement des eaux pluviales, des produits de fission émis en cas d'accident nucléaire." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20068.
Анотація:
Dans le cadre des recherches sur les consequences dans l'environnement d'un accident grave survenant sur un reacteur a eau pressurisee, ce memoire concerne l'etude experimentale du comportement en milieu urbain pendant le ruissellement des eaux pluviales de cinq produits de fission (cesium, strontium, iode, ruthenium et tellure). La production d'aerosols plurielementaires stables ou radioactifs a ete realisee. Leurs caracteristiques physico-chimiques et leur solubilite dans l'eau de pluie ont ete etudiees. Le cesium et le rubidium passent totalement et rapidement en solution, le strontium se solubilise partiellement (environ 50%), l'iode est peu soluble. Le comportement des produits de fission sur cinq surfaces urbaines est ensuite etudie. Des experimentations en batch ont montre que la retention des formes dissoutes des radioelements etudies variait suivant le materiau. Les reactions mises en jeu sont des reactions d'echange d'ions. La presence de certains ions dans l'eau (en particulier nh4+) augmente la desorption des radioelements. A l'aide d'un simulateur de pluie de laboratoire, le reentrainement par la pluie des produits de fission a ete aborde. Deux modes de depots et deux intensites de pluie ont ete simules. La desorption des radioelements est plus forte a la suite d'un depot humide et un accroissement de l'intensite de la pluie diminue la remobilisation. Un ajout de nh4+ dans l'eau est surtout efficace dans le cas des depots humides. Des suggestions sont faites pour ameliorer les protocoles et poursuivre les recherches
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Lebrun, Michel. "Conception d'un pilote de pompe à chaleur chimique solide-gaz : simulation et dimensionnement à partir de résultats de maquette." Perpignan, 1988. http://www.theses.fr/1988PERP0065.
Анотація:
Dans le cadre du developpement des pompes a chaleur chimiques (pacc) solide-gaz, la realisation d'un prototype d'une puissance de 20 a 50 kw a ete entreprise. Afin d'effectuer la transposition d'echelle du niveau de maquette de laboratoire a celui de prototype, une simulation de la pacc a ete mise en uvre. La modelisation des reacteurs solide-gaz y est basee sur l'analyse des transferts de masse et de chaleur. Les parametres du modele sont identifies par calage sur des experiences menees sur une maquette de laboratoire. Le couple reactionnel utilise dans ce travail est cacl#2-ch#3nh#2, mais plus generalement, cette etude a permis de degager une methodologie pour l'acquisition des parametres cinetiques et thermiques, applicable dans le cas d'un quelconque couple solide-gaz. Cette simulation dynamique, accompagnee du developpement du procedes et modes de fonctionnements adaptes permet de dimensionner, de predire le comportement et les performances en dehors du point de fonctionnement utilise pour le dimensionnement et d'aborder le pilotage de n'importe quelle pacc. Parallelement a ce travail, une importante etude de design de reacteur a ete faite. Elle a abouti au developpement d'un nouveau type de reacteur particulierement adapte aux echanges thermiques et massiques avec les milieux poreux reactifs en lit fixe
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Pages, Anne. "Identification de paramètres et réconciliation de données simultanées dans l'environnement d'un simulateur." Toulouse, INPT, 1993. http://www.theses.fr/1993INPT047G.
Анотація:
L'auteur presente une approche generale pour effectuer l'identification de parametres et la reconciliation de donnees, ou encore l'estimation de l'etat d'un procede, dans l'environnement d'un simulateur. Apres avoir mis en evidence l'interet d'une approche simultanee de l'identification et de la validation de donnees sur des modeles de procedes, les points suivants sont abordes: 1) le choix d'une methode numerique adaptee a des modeles souvent fortement non lineaires. La methode de programmation non lineaire retenue est la programmation quadratique successive. Un code specialement adapte a l'optimisation d'un critere des moindres carres ponderes sous contraintes est decrit et utilise; 2) l'implantation de la methode numerique au sein d'un simulateur de procedes a approche modulaire simultanee. Une formulation specifique du probleme d'estimation a chemin irrealisable est decrite. La capacite du programme a traiter la convergence des boucles de recyclages est evaluee; 3) l'analyse statistique des resultats. Le calcul de l'intervalle de confiance des parametres identifies et des valeurs reconciliees est developpee. L'adequation de la procedure mise en uvre avec le caractere modulaire du simulateur est demontree. Une adaptation de la technique des matrices de sensibilites analytiques des modules du simulateur est envisagee pour ameliorer la procedure d'analyse statistique et d'estimation elle-meme. Cette etude est illustree sur deux exemples qui mettent en valeur la faisabilite et l'interet d'une telle demarche
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Chaumat, Hélène. "Hydrodynamique locale et globale d'une colonne à bulles en conditions industrielles." Toulouse, INPT, 2004. http://www.theses.fr/2004INPT017G.
Анотація:
Afin d’élargir le champ des connaissances actuelles sur les contacteurs gaz-liquide aux applications industrielles, cette étude est consacrée à la caractérisation globale et locale des écoulements complexes observés dans une colonne à bulles pouvant opérer en solvants, à forts débits et en présence de plateaux perforés. L’étude hydrodynamique à fine échelle a nécessité, en premier lieu, l’élaboration et la validation d’une méthodologie pour utiliser la sonde optique double en écoulement complexe. L’étude expérimentale associée permet d’une part d’accéder aux données, encore rares, de l’évolution axiale et radiale des caractéristiques locales des bulles en solvant (taux de vide, vitesse et diamètre), et d’autre part d’évaluer les effets du milieu, du débit liquide et des plateaux perforés. Pour prévoir l’efficacité d’un réacteur industriel, la connaissance de la dispersion gaz-liquide n’est pas suffisante. Elle est complétée ici par l’estimation du transfert de matière en milieu eau puis en solvant. Pour cela, une approche originale, basée sur l’étude en régime permanent de la désorption par l’azote de C02, est mise en oeuvreIn order to extend the present knowledge of gas-liquid contactor to industrial applications, this study deals with global and local characterization of the complex flow encountered in bubble colurnn working with solvents, at high flow rates and with partition plates. The measurement of local hydrodynamic needs first the elaboration and the validation of a methodology which allows the use of an optical bi-probe in complex flows. The related experimental study provides on the first hand data on axial and radial evolutions of local characteristics in solvent (gas hold-up, velocity and diameter) and on the other hand effects of media, liquid throughput and partition plates. As the knowledge of gas-liquid dispersion isn’t sufficient to anticipate the efficiency of an industrial reactor, the gas-liquid mass transfer is estimated. For this purpose, an original approach, based on a steady state study of nitrogen desorption with carbon dioxide, is proposed
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Guillemin, Perrine. "Recherche de la haute conversion en cycle thorium dans les réacteurs CANDU et REP : Développement des méthodes de simulation associées et étude de scénarios symbiotiques." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0176.
Анотація:
Ce travail explore la compétitivité des réacteurs actuels (CANDU et REP) en cycle thorium afin de pallier au problème d'utilisation des ressources naturelles en uranium et aux problèmes de disponibilité et de coût des réacteurs de quatrième génération dans le cadre d'un nucléaire durable. Ce travail s'est focalisé sur l'analyse neutronique de deux types de gestion du combustible thorium : la production d'233U à partir de combustible Th/Pu et la conversion d'233U dans ces réacteurs. En particulier, la régénération en CANDU Th/U multirecyclé a été établie. En amont de ces études, les outils et les données utilisés ont fait l'objet d'une validation par une comparaison entre codes (stochastique et déterministe). Des scénarios symbiotiques, combinant réacteurs et combustibles uranium et thorium, ont été évalués et comparés. Ce travail a abouti à la quantification des gains sur la consommation des ressources, avec des modifications technologiques mineures des réacteurs. Des modifications plus poussées pour obtenir la régénération en REP ont été proposées et étudiées à titre préliminaireIn the frame of a sustainable nuclear energy, this study assesses Thorium-fueled CANDU and PWR competitiveness to reduce access difficulties to cheap uranium resources and Gen. IV cost and availability problems. It focuses on neutronic analysis of two thorium fuel management options : 233U production from Th/Pu fuels and 233U conversion in these reactors. In particular, breeding in multirecycled Th/U CANDU has been established. Before this work, simulation methods and nuclear data have been validated by cross-checking two different types of codes (probabilistic and deterministic). Symbiotic scenarios, with various reactor and fuel combinations have been evaluated and compared. Resources savings have been quantified through core slight modifications. Deeper modifications towards breeding in PWR have been proposed and preliminarily studied
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Motamed, Dashliborun Amir. "Performance of multiphase packed-bed reactors and scrubbers on offshore floating platforms: hydrodynamics, chemical reaction, CFD modeling and simulation." Doctoral thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/30439.
Анотація:
Les systèmes flottants de production, stockage et de déchargement (FPSO) ont été introduits dans les secteurs d'exploitation des hydrocarbures offshore en tant qu'outils facilement déplaçables pour l’exploitation de champs de pétrole et de gaz de petites ‘a moyenne tailles ou lorsque ceux-ci sont éloignés des côtes ou en eaux profondes. Ces systèmes sont de plus en plus envisagés pour les opérations de traitement et de raffinage des hydrocarbures à proximité des sites d'extraction des réservoirs sous-marins en utilisant des laveurs et des réacteurs à lit fixe embarqués. De nombreuses études dans la littérature pour découvrir l'hydrodynamique de l'écoulement polyphasiques dans des lits garnis ont révélé que la maîtrise de tels réacteurs continue d’être un défi quant à leur conception /mise à l'échelle ou à leur fonctionnement. De plus, lorsque de tels réacteurs sont soumis à des conditions fluctuantes propres au contexte marin, l'interaction des phases devient encore plus complexe, ce qui entraîne encore plus de défis dans leur conception. Les travaux de recherche proposés visent à fournir des informations cruciales sur les performances des réacteurs à lit fixes à deux phases dans le cadre d'applications industrielles flottantes. Pour atteindre cet objectif, un simulateur de mouvement de navire de type hexapode avec des mouvements à six degrés de liberté a été utilisé pour simuler les mouvements des FPSO tandis que des capteurs à maillage capacitif (WMS) et un tomographe à capacitance électrique (ECT) couplés avec le lit garni ont permis de suivre en ligne les caractéristiques dynamiques locales des écoulements diphasiques. L'effet des inclinaisons et des oscillations de la colonne sur le comportement hydrodynamique des lits garnis biphasiques a été étudié, puis les résultats ont été comparés à leurs analogues terrestres correspondants (colonne verticale immobile). De plus, des stratégies opérationnelles potentielles ont été proposées pour atténuer la maldistribution des fluides résultant des oscillations du lit ainsi que pour intensifier le processus de réactions dans les réacteurs à lit fixe. Parallèlement aux études expérimentales, un modèle Eulérien CFD transitoire 3D a été développé pour simuler le comportement hydrodynamique de lits garnis polyphasiques sous des inclinaisons et des oscillations de colonnes. Enfin, pour compléter le travail expérimental, une étude systématique a été réalisée pour étudier les performances de capture de CO2 à base d'amines d’un laveur à garnissage (en vrac et structuré) émulant une colonne à bord des ...Floating production storage and offloading (FPSO) systems have been introduced to offshore hydrocarbon exploitation sectors as readily movable tools for development of small or remote oil and gas fields in deeper water. These systems are increasingly contemplated for onboard treatment and refining operations of hydrocarbons extracted from undersea reservoirs near extraction sites using embarked packed-bed scrubbers and reactors. Numerous efforts in the literature to uncover the hydrodynamics of multiphase flow in packed beds have disclosed that such reactors continue to challenge us either in their design/scale-up or their operation. Furthermore, when such reactors are subjected to marine conditions, the interaction of phases becomes even more complex, resulting in further challenges for design and scale-up. The proposed research aims at providing important insights into the performance of two-phase flow packed-bed reactors in the context of floating industrial applications. To achieve this aim, a hexapod ship motion simulator with six-degree-of-freedom motions was employed to emulate FPSO movements while capacitance wire mesh sensors (WMS) and electrical capacitance tomography (ECT) coupled with the packed bed scrutinized on-line and locally the two-phase flow dynamic features. The effect of column tilts and oscillations on the hydrodynamic behavior of multiphase packed beds was investigated and then the results were compared with their corresponding onshore analogs. Moreover, potential operational strategies were proposed to diminish fluid maldistribution resulting from bed oscillations as well as for process intensification of heterogeneous catalytic reactions in packed-bed reactors. In parallel with the experiment studies, a 3D transient Eulerian CFD model was developed to simulate the hydrodynamic behavior of multiphase packed beds under column tilts and oscillations. Ultimately, a systematic experimental study was performed to address the amine-based CO2 capture performance of packed-bed scrubbers on board offshore floating vessels/platforms. Apart from gaining a comprehensive knowledge on the influence of translational and rotational movements on multiphase flows in porous media, oil and gas sectors and ship industry would benefit from the results of this work for design and scale-up of industrial reactors and scrubbers.
Unité flottante de production, de stockage et de déchargement
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Saberi, Shadi. "Modélisation des systèmes à écoulement gaz-solide : application aux cas des réacteurs à lit fluidisé circulant." Compiègne, 1996. http://www.theses.fr/1996COMPD945.
Анотація:
Ce travail a été consacré au développement d'un modèle théorique dans le but de décrire le comportement des écoulements gaz-solide concentrés dans les lits fluidisés circulants (LFC), en mettant l'accent sur le comportement des clusters ou des ensembles de particules. Cette modélisation a été effectuée en utilisant l'approche eulérienne pour les deux phases gazeuse et solide. Un modèle de fermeture pour la phase solide a été proposé en définissant une énergie cinétique liée aux fluctuations macroscopiques. L'équation de transport de cette énergie, comprend une viscosité apparente pour la phase solide, différente de la viscosité produite due aux collisions. En vue de déterminer cette viscosité, un modèle empirique, basé sur le concept de longueur de mélange de la phase solide a été utilisée. La longueur de mélange a été estimée par la mesure des cofluctuations de vitesses axiales et des profils de vitesses moyennes axiales dans la zone établie d'une maquette LFC. Le modèle a été évalué en effectuant quelques exemples d'applications numériques sur des géométries bidimensionnelles, correspondants à différentes zones et échelles d'écoulement dans les systèmes LFC. Il a permis de décrire quelques aspects caractéristiques du comportement de la phase solide. Un degré significatif de ségrégation entre les phases a été observé, avec des concentrations plus importantes au niveau des parois. Le modèle doit être complété par des fermetures pour les corrélations entre les vitesses de gaz et de solide, l'anisotropie des fluctuations de vitesse, et les variations de la longueur de mélange de la phase solide.
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Lei, Minghai. "Modélisation, simulation et optimisation des réacteurs de production d'acroléine à partir du propylène ou du glycérol." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0088/document.
Анотація:
Ce travail est consacré à la modélisation, simulation et optimisation des réacteurs catalytiques gaz/solide à lit fixe multitubulaire pour la production de l'acroléine à partir du propylène ou du glycérol. La première partie du travail traite de l'oxydation catalytique du propylène en acroléine. Différents modèles cinétiques et du réacteur ont été développés. Les paramètres inconnus mis en jeu sont identifiés à partir des mesures expérimentales. Un ensemble de variables opératoires qui maximisent les rendements des produits clés ont ensuite été déterminés en utilisant le modèle validé. La seconde partie du travail concerne la production d'acroléine à partir du glycérol. Elle comprend une étape de déshydratation du glycérol et une étape de régénération du catalyseur. Un modèle hétérogène bidimensionnel a été développé. Pour la régénération du catalyseur, un modèle cinétique qui permet d'identifier la concentration et les compositions initiales du coke et de prédire le processus de sa combustion a été développé et identifié à l'aide de mesures expérimentales. L'optimisation de l'étape de régénération du catalyseur a ensuite été effectuée. Pour l'étape de déshydratation, un modèle cinétique qui permet de simuler simultanément la déshydratation du glycérol, la formation du coke et la variation de l'activité du catalyseur a été développé et identifié à l'aide de mesures expérimentalesIn this work, modeling, simulation and optimization of multitubular gas/solid fixed bed catalytic reactors for acrolein production from propylene or from glycerol are investigated. The first part of the work deals with the catalytic oxidation of propylene to acrolein. Different kinetic and reactor models are developed and the unknown parameters involved are identified from experimental measurements. A set of operating variables that maximize the yield of key products then determined using the validated reactor model. The second part of the work is devoted to the production of acrolein from glycerol. This part consists of two steps: a glycerol dehydration step and a catalyst regeneration step. A two-dimensional heterogeneous model is developed. In the catalyst regeneration step, a kinetic model enabling the identification of the concentration and initial compositions of the coke and the prediction of its combustion process is developed and identified using experimental measurements. The optimization of the operating conditions of the regeneration step is then carried out. In the dehydration step, a kinetic model that allows the simultaneous simulation of glycerol dehydration, coke formation and catalyst activity variation is developed and identified by means of experimental measurements
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Kadi, Mohamed El Amine. "Contribution à l'étude de l'influence des biocarburants et de leurs propriétés sur le fonctionnement des moteurs à combustion interne." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2020. http://www.theses.fr/2020IMTA0207.
Анотація:
Le réchauffement climatique, dû essentiellement aux gaz à effet de serre, et l’augmentation de la demande mondiale en énergies fossiles ainsi que leur épuisement rapide, représentent des défis environnementaux et économiques mondiaux,qui ont incité la communauté mondiale à se tourner vers les énergies alternatives et renouvelables. Cette thèse s’inscrit dans cette optique de développement des énergies renouvelables. Le travail de recherche peut se résumer en deux grands axes, où le premier englobe le développement du procédé de production de biodiesel en continu avec différentes matières premières par l’intermédiaire de deux réactions (transestérification et estérification). Cet axe consiste en : une simulation sous ANSYS Fluent de l’écoulement des fluides à l’intérieur d’un mélangeur chaotique, une synthèse et purification du biodiesel, une étude cinétique du système de production de biodiesel, suivi par une étude des effets des conditions opératoires sur les réactions étudiées. Les résultats obtenus ont montré une efficacité de ce procédé dans l’intensification de production en continu du biodiesel. Le second axe a été consacré à l’étude de l’effet des propriétés physicochimiques des biodiesels sur le fonctionnement du moteur à combustion interne. Dans cette partie, plusieurs biodiesels ayant une large gamme de caractéristiques physicochimiques ont été utilisés dans un moteur diesel à injection directe (DI) et à aspiration naturelle,de puissance électrique nominale de 30,4 kW à 1500tr/min. Les performances du moteur (consommation spécifique et rendement) et les émissions polluantes (Hydrocarbures imbrûlés, NOx, CO2, CO, PM) ont été étudiées pour les différents biodiesels, utilisés seuls ou en mélange. Les résultats ont montré une faible déviation entres les différents biodiesels testés dans le moteur à l’exception des émissions des HC et des particulesGlobal warming, mainly due to greenhouse gases, and the increasing of global demand for fossil fuels and their rapid depletion, represent strong environmental and economic challenges, which have prompted the global community to turn to alternative and renewable energy. This thesis falls within this perspective of developing renewable energies. The research work can be summed up in two main areas,where the first includes the development of the process of continuous biodiesel production with different raw materials through two reactions (transesterification and esterification). This axis consists of a simulation under ANSYS Fluent of the flow of fluids inside a chaotic mixer, a synthesis and purification of biodiesel, a kinetic study of the biodiesel production system, followed by an investigation on the effects of operating conditions on biodiesel’s yield and properties. The results obtained showed the effectiveness of this process in intensifying the continuous production of biodiesel. The second axis was devoted to the study of the effect of the physicochemical properties of biodiesels on the internal combustion engine operation. In this part, several biodiesels having a wide range of physicochemical characteristics were used in a direct injection (DI) and naturally aspirated diesel engine, with a rated electric power of 30.4 kW at 1500 rpm. Engine performance (specific consumption, efficiency) and pollutant emissions (unburnt hydrocarbons, NOx, CO2, CO, PM) were studied for the various biodiesels, used alone or as a mixture. The results showed a small deviation between the various biodiesels tested in the engine with the exception of HC and particulate emissions
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Jiang, Wenbiao. "Simulation du bullage dans un photobioréacteur." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC086/document.
Анотація:
Au cours des dernières années, la culture de microalgues est largement étudiée pour produire des biocarburants et d’autres produits de valeur en fixant le dioxyde de carbone de l’atmosphère, afin d’atténuer simultanément les effets du changement climatique et de réduire la dépendance à l’égard des carburants fossiles. En comparaison avec les systèmes ouverts, les photobioréacteurs fermés sont davantage utilisés en laboratoire, car ils permettent de contrôler avec précision les facteurs environnementaux tels que le pH, la concentration en éléments nutritifs, etc. Le principe de fonctionnement d’un photobioréacteur repose sur l’injection de bulles dans le milieu de culture pour (i) apporter du dioxyde de carbone aux cellules (ii)agiter le liquide. Par l’apport d’énergie lumineuse les cellules transforment le carbone inorganique en carbone organique par photosynthèse. Ainsi, les phénomènes physiques - l’écoulement, transfert de matière, transfert radiatif - et les phénomènes biologiques - photosynthèse, croissance cellulaire et mort - coexistent dans un photobioréacteur. Plus important encore, tous les phénomènes de base ne sont pas complètement indépendants les uns des autres. Des recherches récentes ont révélé que le comportement des bulles avait également une incidence directe sur le processus biologique. En raison du comportement significatif des bulles sur la productivité d'un photobioréacteur, la génération de bulles a été étudiée dans cette thèse au moyen de méthodes expérimentales et numériques.Dans l'étude expérimentale, nous avons conçu puis fabriqué un nouveau photobioréacteur afin d'étudier le bullage in situ. L’emploi d’une technique d’ombroscopie couplée à une caméra vidéo a permis l’enregistrement de séries de bulles. Les images traitées ont permis de mesurer des caractéristiques de bulles (fréquence, volume, facteur de forme). Le volume moyen de bulle et la fréquence de formation de bulles augmentent avec le débit de gaz. De plus, la distribution volumique monodisperse à faible débit devient de plus en plus polydisperse par l’accroissement de celui-ci. L’évolution de la forme des bulles lors de leur remontée dans le liquide a été évaluée par l’emploi de facteurs de forme. Ces facteurs diminuent avec la remontée des bulles et traduisent une déformation horizontalement. A débit élevé, les formes des bulles oscillent et coalescent plus fréquemment.La simulation du bullage a été réalisé par l’emploi d’une méthode Volume of Fluid (VOF) et d’une bibliothèque open source de mécanique numérique des fluides OpenFOAM. Ces choix de méthodes sont motivés en raison de la robustesse d'OpenFOAM en matière de simulation d'écoulements diphasiques rapportée dans la littérature. Une première étude numérique de simulation 2D a permis de déterminer les valeurs appropriées des paramètres numériques (nombre de Courant et la taille du maillage) tout en minimisant le temps de calcul par rapport à une pré-étude 3D. Sans surprise, nous avons déterminé que la taille des mailles devait être inférieure au diamètre de la buse pour obtenir des résultats significatifs. De façon plus surprenante, nous avons observé que le nombre maximum de Courant n’a pas d’importance particulière pour ces simulations (dans une limite raisonnable : 0 à 1). Les simulations 3D ont été menées sur un supercalculateur. Elles ont montré que le volume des bulles et l’évolution de leur forme calculées numériquement étaient en accord avec les résultats expérimentaux. Cependant, les simulations 3D n’ont pas permis de représenter la polydispersité de la distribution volumique des bulles en raison d’un temps de calcul nécessaire trop important pour générer une population de bulles suffisamment nombreuse. Au final, l'outil numérique a aussi été utilisé avec succès pour explorer plusieurs caractéristiques hydrodynamiques de mélange dans le liquideThe working principle of a typical photobioreactor is to inject gas bubbles into the culture medium, providing CO2 to the cells and also stirring the liquid. Subsequently, the cells convert inorganic carbon into organic carbon through photosynthesis under illumination. Therefore, physical phenomena, e.g. bubbly flow, mass transfer, radiative transfer, and biological phenomena, e.g. photosynthesis, cell growth and death, coexist in a photobioreactor. More importantly, all the basic phenomena are not completely independent to each other. For example, bubble volume and bubble shape can influence gas-liquid mass transfer according to Young-Laplace equation and Henry's law. Moreover, some recent research revealed that bubble behaviors also directly affect the biological process. In view of the important impact of bubble behaviors on productivity of a phototbioreactor, the bubbly flow was investigated in this thesis by both experimental and numerical methods.In the experimental study, we first manufactured a new photobioreactor in order to study the bubbles and other phenomena. Subsequently, the bubbles were captured by high speed camera by virtue of a shadowgraphy technique and bubble behaviors were obtained by processing and analyzing the images. From the experimental results, we found that both averaged bubble volume and bubbling frequency increased with gas flow rate. Furthermore, we also discovered that the distribution of bubble volume was almost monodisperse at low flow rate, and it became more and more polydisperse with increasing flow rate. Regarding bubble shape evolution, we used two shape factors, viz. aspect ration and circularity, to quantitatively study it. We found that both shape factors dropped rapidly during bubble rising (within the limit of the field of view of our video camera), which implied that bubbles were flattened in the course of rising. Nonetheless, bubbles became more vertically elongated at higher flow rate, partially due to the more frequent bubble coalescence at higher flow rate.In the numerical study, we adopted VOF method and OpenFOAM, an open source CFD library, as our numerical tool to represent bubbly flow. First of all, the robustness of OpenFOAM in simulating two-phase flow was validated by literature survey. Subsequently, 2D simulations were carried out for seeking the appropriate and not very time-consuming numerical parameters, i.e. maximum Courant number and mesh size. We found that mesh size should somehow be smaller than the nozzle diameter to have meaningful results. On the other hand, maximum Courant number had no particular importance in the simulations (as long as between 0 and 1). Furthermore, 3D simulations were in good agreement with the experiments in terms of bubble volume and bubble shape evolution. However, 3D simulations were not able to represent the polydispersity of bubble volume due to the limited computing power. In addition, several hydrodynamic characteristics were also explored by the proposed numerical tool, which gave reasonable results.To conclude, bubble behaviors were successfully captured by experimental methods and represented by numerical methods in this thesis, which will help us go further in understanding the complicated physical-biological phenomena of a photobioreactor
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Michau, Alexandre. "Dépôts chimiques en phase vapeur de revêtements à base de chrome sur surfaces complexes pour environnements extrêmes : expérimental et simulation." Thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://www.theses.fr/2016INPT0088/document.
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La protection des gaines de combustible de réacteur nucléaire contre l’oxydation à haute température en conditions accidentelles est essentielle pour garantir leur intégrité, c’est-à-dire celle de la première barrière de confinement. Celle-ci peut s’effectuer par le dépôt d’un revêtement sur leur paroi interne et ce sont les procédés CVD qui sont les plus à même de le faire. Il s’agit plus précisément du procédé DLI-MOCVD qui a été utilisé ici pour déposer des revêtements à base de chrome (chrome métallique Cr(S) cristallisé) et de carbures de chrome (carbures de chrome CrxCy amorphes non recyclés, recyclés et CrxSizCy dopés au Si), réputés pour leur bonne résistance à l’oxydation. Afin d’améliorer la qualité des revêtements, le procédé de dépôt a été optimisé à l’aide de simulations numériques. Après une réflexion sur le mécanisme chimique, un modèle cinétique réactionnel du dépôt d’un revêtement CrxCy amorphe a pu être ajusté et validé. Il a aussi été montré que la solution utilisée de précurseur organométallique bis(arène)chrome et de solvant toluène pouvait être directement recyclée, augmentant ainsi le potentiel d’industrialisation du procédé. Les propriétés physico-chimiques et structurales des revêtements déposés avec ce procédé ont été caractérisées. Une étude des propriétés mécaniques de ces revêtements a par ailleurs été entreprise. Il en ressort que, comparés à des revêtements apparentés déposés par d’autres procédés, ceux déposés par DLIMOCVD possèdent notamment une dureté élevée (jusqu’à une trentaine de GPa), des contraintes résiduelles en compression, une bonne adhérence avec leur substrat et enfin une résistance à l’usure abrasive différente suivant la température. L’évaluation de leur résistance à l’oxydation à 1200 °C a révélé les excellentes performances des revêtements en carbures de chrome amorphes, qui permettent de retarder l’oxydation catastrophique de plus de deux heures pour une épaisseur de 10 µm. Tous les autres revêtements augmentent la tenue en température des substrats en zircaloy mais ne retardent pas autant l’oxydation catastrophiqueNuclear fuel cladding tubes resistance against high temperature oxidation during accident conditions is crucial because it means protecting the first containment barrier. This can be done by coating the inner wall of the cladding tube with CVD processes, which are most likely to do so. More specifically, we used DLI-MOCVD to grow chromium based (Cr(S), metallic crystalline chromium) and chromium carbides based (amorphous chromium carbides CrxCy, recycled CrxCy, silicon doped CrxSizCy) coatings, known for their good oxidation resistance. The coating process was optimized using numerical modelling to improve coatings performance. A reaction kinetics model of the deposition process of amorphous CrxCy coatings was adjusted and validated after the identification of the chemical mechanism. It was also shown that the liquid solution containing organometallic precursor (bis(arene)chromium) and solvent (toluene) could be directly recycled, thereby increasing the industrialization potential of such process. Physical, chemical and structural properties of coatings deposited with this process were characterized. A study of the coatings mechanical properties has also been undertaken. It shows that compared to related coatings grown with other processes, those deposited by DLI-MOCVD exhibit a particularly high hardness (up to 30 GPa), compressive residual stresses, good adhesion with the substrate and finally a different abrasive wear resistance depending on the temperature. The assessment of their oxidation resistance at 1200 °C revealed excellent performances of amorphous chromium carbides coatings, which can delay catastrophic oxidation up to two hours with only a 10 µm thickness. All the other coatings only increase the thermal resistance of zircaloy substrates
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Aslan, Lina. "Dégradation atmosphérique de composés organiques multifonctionnels : les hydroxycétones et les aldéhydes insaturés." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10120/document.
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Ce travail a été réalisé avec l’objectif d’apporter des informations pertinentes sur le devenir atmosphérique de deux familles de composés organiques volatils oxygénés (COVO) multifonctionnels, les hydroxycétones et les aldéhydes insaturés, pour compléter les modèles atmosphériques aussi bien pour les prévisions de qualité de l'air que pour l’élaboration des textes réglementaires. Les investigations sur la réactivité des composés choisis ont été réalisées dans une chambre de simulation atmosphérique souple associée à plusieurs techniques d’analyse spectroscopique et chromatographique. Ce travail fournit la première étude cinétique et mécanistique de la photolyse de 4-hydroxy-4-méthyl-2-pentanone (4H4M2P) et la première détermination de la constante de vitesse pour la réaction des atomes de Cl avec 4H4M2P. Les fréquences de photolyse de 4-hydroxy-3-hexanone (4H3H) et 5-hydroxy-2-pentanone (5H2P) ont aussi été déterminées. Ces mesures ont permis d’estimer les durées de vie atmosphériques des trois composés par photolyse qui s’échelonnent de 7 à 28 jours. L’identification des principaux produits de photolyse de 4H4M2P, l'acétone (121±4)% et le formaldéhyde (20±1)%, a permis de proposer un mécanisme de photolyse incluant un processus de réarrangement intramoléculaire de type Norrish II. Dans une deuxième partie, l’étude de la cinétique de photolyse de deux aldéhydes insaturés, le trans-2-hexenal (T2H) et le trans-2-pentenal (T2P) a été amorcée. La constante de vitesse estimée pour la photolyse du T2H ((1,2±0,6)´10-3 h-1) indique que la photodissociation du T2H sera négligeable dans l’atmosphère. L’ensemble des données obtenues montrent que la réactivité des COVO par photolyse est fortement liée à leur structureThis work was carried out with the objective of providing relevant information on the atmospheric fate of two families of multifunctional oxygenated volatile organic compounds (OVOCs), hydroxyketones and unsaturated aldehydes, to complement atmospheric models for air quality forecasts and for the drafting of regulations. The reactivity of the selected compounds was carried out in a flexible atmospheric simulation chamber equipped with various analytical techniques. The present work provides the first kinetic and mechanistic study of 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone (4H4M2P) photolysis and the first determination of the relative rate coefficient for the reaction of Cl atoms with 4H4M2P. The photolysis frequencies of 4-hydroxy-3-hexanone (4H3H) and 5-hydroxy-2-pentanone (5H2P) were also determined. These measurements enable estimating the atmospheric lifetimes of the three compounds by photolysis which ranged from 7 to 28 days. The main photolysis products of 4H4M2P were acetone (121±4)% and formaldehyde (20±1)%. These results allowed us to propose a mechanistic scheme for photolysis including a Norrish II intramolecular rearrangement process. In a second part, the preliminary study of photolysis kinetics of two unsaturated aldehydes, trans-2-hexenal (T2H) and trans-2-pentenal (T2P) was carried out. The estimated rate constant for photolysis of T2H ((1.2±0.6)´10-3 h-1) indicates that the photodissociation of T2H is negligible in the atmosphere. All the data obtained show that the photolytic reactivity of OVOCs is strongly linked to their structure
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Codaccioni, Marc. "Évaluation de l’exposition fœtale aux substances chimiques grâce à la modélisation pharmacocinétique basée sur la physiologie (PBPK) et son application aux données d’imprégnation des populations." Thesis, Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France, 2020. http://www.theses.fr/2020IAVF0019.
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Des études de biosurveillance ont montré l’exposition des femmes enceintes à des substances de synthèse. Parallèlement, plusieurs études épidémiologiques ont mis en évidence des associations entre des concentrations mesurées dans le sang des femmes enceintes ou dans le sang de cordon et des effets néfastes sur le nouveau-né comme sur sa santé plus tard dans la vie. Néanmoins, ce type de mesures n’offre pas la certitude d’être représentatif des expositions intra-utérines tout au long de la grossesse, et il n’est pas envisageable de mesurer longitudinalement les concentrations fœtales pour des raisons éthiques évidentes. Les modèles pharmacocinétiques basés sur la physiologie pour la femme enceinte et son fœtus (pPBPK) permettent de simuler les expositions internes d’un xénobiotique dans différents organes au cours de la grossesse. Ils fournissent donc l’opportunité de parfaire les estimations de la relation entre dose et risque de survenue d’effets toxiques par une amélioration de la dosimétrie au niveau des tissus. Toutefois, même si les modèles pPBPK peuvent intégrer les changements physiologiques liés à la grossesse, la connaissance de certains processus reste parfois limitée. C’est notamment le cas du passage transplacentaire (PT). L’objectif de la thèse consiste à améliorer la prise en compte du PT dans la modélisation pPBPK en vue de prédire des expositions internes fœtales à partir de données de biosurveillance.Une revue de la littérature sur la modélisation du PT dans les modèles pPBPK a été menée. Ce travail a permis d’identifier 12 structures parmi 50 modèles originaux qui correspondent à 4 types de profils cinétiques liés au nombre de constantes de passage. Les données animales représentaient leur principale source de paramétrisation, même si celles-ci ne sont pas directement extrapolables à l’homme et impliquent le sacrifice de nombreux animaux. A partir de notre revue, nous avons développé un modèle pPBPK intégrant quatre modèles de PT non basés sur des données animales afin d’évaluer leurs performances prédictives de la dosimétrie fœtale sur 10 composés. Nos résultats montrent que ces performances variaient suivant les modèles et les substances, empêchant d’identifier un modèle prédictif de référence. Des simulations Monte-Carlo ont permis de montrer qu’un des modèles différait des trois autres concernant les variations de profils d’exposition fœtale au cours des trimestres de grossesse. Enfin, une analyse de sensibilité globale a souligné l’influence majeure des constantes de passage et dans une moindre mesure de la clairance métabolique comme de la fraction libre sur l’exposition fœtale simulée. La dernière partie de la thèse a consisté à utiliser le modèle pPBPK développé pour estimer les concentrations internes fœtales des enfants de la cohorte française ELFE pour deux PCB et deux PBDE à partir de concentrations plasmatiques maternelles. Pour ce faire, nous avons sélectionné un modèle de PT spécifique à chaque composé sur la base de la qualité de prédiction de ratios de concentrations fœtale sur maternelle à terme. Le classement des substances basé sur des indicateurs d’exposition simulés s’est révélé être variable entre la mère et le fœtus à terme, comme entre le premier et les deux autres trimestres dans le plasma fœtal.En conclusion, ce travail souligne le potentiel de la modélisation pPBPK pour l’évaluation des expositions prénatales. Il démontre la capacité d’un modèle à simuler des indicateurs d’exposition interne adéquats d’un point de vue mécanistique et temporel, notamment à partir de données de biosurveillance. Aussi, dans un contexte de fortes contraintes éthique et réglementaire, ce travail éclaire sur l’apport des méthodes alternatives dans la paramétrisation de processus clé de la dose interne fœtale tel que le passage transplacentaire. L’apport de cette thèse pourra être mis œuvre dans l’étude de l’exposome prénatal comme dans l’évaluation du risque de toxicité développementale d’une substanceNumerous biomonitoring studies have shown the exposure of pregnant women to synthetic substances. In parallel, several epidemiological studies have highlighted associations between maternal blood concentrations measured during pregnancy or cord blood concentrations measured at birth and adverse effects in the offspring at birth or later in life. However, this type of measurements does not guarantee being representative of in utero exposures throughout pregnancy. Furthermore, it is not possible to measure longitudinally fetal concentrations due to obvious ethical reasons. Pregnancy physiologically-based pharmacokinetic (pPBPK) models allow the simulation of xenobiotic internal exposures in different maternal and fetal organs during gestation. Therefore, they offer an opportunity to better estimate the relationship between the dose and the risk of a toxic effect by considering tissue dosimetry. Although pPBPK models often incorporate physiological changes associated with pregnancy, some processes are still poorly known such as placental transfer (PT). The aim of the thesis is to improve the integration of PT in pPBPK modelling in order to predict fetal internal exposures from biomonitoring data.First, a scientific literature review of the published pPBPK models was conducted with a focus on the various model structures used to describe PT. It allowed the identification of 12 structures among 50 original models which corresponded to 4 types of kinetic profiles according to the number of transfer constants. Animal in vivo data were identified as the main source to support their parameterization although they cannot be directly extrapolated to humans and imply the killing of numerous animals. From this basis, we developed a pPBPK model which integrated four transfer models calibrated using non-animal methods so as to assess their performance to predict the fetal dosimetry on a set of ten substances. Our results show that the performance varied among models and substances, preventing the identification of a reference predictive model. Monte-Carlo simulations showed that one of the transfer models differed from the others in terms of fetal exposure variation across trimesters. Finally, a global sensitivity analysis shed light on a great extent of influence of the transfer constants as well as the metabolic clearance and fraction unbound, to a lesser extent, on simulated fetal exposure. The last part of the thesis consisted in applying the developed pPBPK model to estimate the internal fetal concentrations of two PCB and two PBDE substances from observed maternal plasma concentrations taken from the French ELFE cohort. To that end, we selected a specific PT model for each compound based on the prediction of fetal to maternal concentrations ratio at term. The ranking of chemicals based on the simulated exposure indicators varied between mother and fetus at term, as between the first and the other two trimesters in fetal plasma.In conclusion, this work highlights the potential of pPBPK modelling in the prenatal exposures assessment. It demonstrates the ability of a model to simulate adequate internal exposure indicators from a mechanistic and temporal points of view, notably from biomonitoring data. Furthermore, in light of strong ethical and regulatory constraints, this work indicates the role of alternative methods in the parameterization of key processes of the internal fetal dose such as the transplacental passage. This work could be used for the assessment of the prenatal exposome as well as in the developmental toxicity risk assessment of a substance