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Simulation dynamique d’une colonne de distillation en mode dégrade

Issa Kheder¹, Lionel Estel¹, Nordine Mouhab¹ , Jean-Christophe Buvat¹

Laboratoire des Risques Chimiques et Procédés,

INSA de Rouen, Place Emile Blondel, BP 8, 76131 Mont-Saint-Aignan Cedex, France.

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Résumé
Cette communication présente un simulateur de colonne de distillation. Il est capable de décrire le comportement dynamique ou permanent d’une installation, suite à des incidents ou perturbations sur les entrées ou sur les paramètres d’action. L’intérêt de cette approche est de décrire le fonctionnement en mode dégradé, afin d’apprécier son impact sur l’opération de distillation. Il est alors possible d’anticiper les conséquences d’un dysfonctionnement et de prévoir une stratégie pour le retour aux conditions opératoires normales.

Un modèle dynamique général et rigoureux a été développé (EQGR), il s’applique aux différents éléments de la colonne (bouilleur, plateaux ou garnissage, condenseur total ou partiel) en présence ou non de réactions chimiques dans la phase liquide. Il est basé sur les bilans de matière et d’énergie, les rétentions liquide et vapeur, les différentes contraintes nécessaires à l’évaluation des grandeurs thermodynamiques et hydrodynamiques. Il tient compte également du déséquilibre thermique et potentiel chimique entre les flux sortants d’un étage. Ce modèle a la particularité d’être hybride, par sa capacité à changer de structure suite à l’occurrence d’un événement entraînant une modification d’état de fonctionnement d’un de ses éléments (condenseur total devenant partiel, changement de position d’une alimentation,…).

Il est constitué d’un ensemble de systèmes d’équations indépendantes non linéaires algébrico-différentielles (EDA) traduisant le comportement de chacun des éléments de la colonne. Des équations supplémentaires traitant l’optimisation du fonctionnement de cette dernière ou nécessaire à la représentation des grandeurs globales peuvent être ajoutées. Pour la résolution de ce système, un traitement particulier a été développé pour éviter les problèmes d’indice et pouvoir utiliser une méthode de différentiation rétrograde (BDF). Afin de poursuivre les changements d’état de fonctionnement de la colonne, la résolution du système EDA est accompagnée par une surveillance continue de toutes les entrées du modèle, des paramètres d’action, des évènements et autres critères.

Ces résultats sont comparés à des résultats expérimentaux de la littérature décrivant des dysfonctionnements dans une installation de distillation d’un binaire eau méthanol.