Simulateurs de procédés

La mondialisation de l'économie, les contraintes d'environnement et de sécurité, la dynamique du marché exigent une très grande rigueur dans la conception et la conduite des procédés. Dans ce contexte, on a de plus en plus souvent recours à l'informatique pour concevoir rapidement et économiquement de nouveaux procédés plus rentables, plus propres, plus sûrs et plus flexibles, en un mot « durables », mais également pour analyser et optimiser le fonctionnement des installations existantes ou pour aider à la conduite de ces installations. Ce domaine d'activité, désigné par le terme « d'ingénierie des procédés assistée par ordinateur », a connu un essor très important dans de nombreux secteurs de l'industrie pétrolière, chimique et parachimique grâce aux simulateurs de procédés qui constituent l'objet de cet article.

Les simulateurs de procédés sont les outils de base des techniciens et des ingénieurs de procédés, car ils permettent d'établir aisément et avec rigueur les bilans matière et énergie sur les procédés. Cet article vise à en définir les objectifs, les éléments constitutifs, les concepts fondateurs et à fournir au lecteur les connaissances nécessaires au bon usage des simulateurs. Nous traiterons ainsi des points suivants :

• les données nécessaires à une simulation. Ces données permettent de définir le système matériel (constituants, profil thermodynamique, réactions chimiques), la structure du procédé et les paramètres de dimensionnement et de fonctionnement des appareils ;

• les deux concepts fondateurs des simulateurs orientés module : module et courant ;

  l'approche modulaire séquentielle : décomposition du procédé en réseau(s) cyclique(s) maximum(s) ; pour chaque RCM, choix d'un ensemble de courants coupés (recyclages), détermination d'une liste de calcul des modules et résolution séquentielle de ces modules par une procédure itérative ;

• les modèles et modules associés aux opérations unitaires de base : mélangeurs, diviseurs, séparateurs simples, pompes, compresseurs et turbines, échangeurs de chaleur, réacteurs, flashes, procédés de séparation diphasique (absorption, distillation, extraction liquide-liquide...).

Le lecteur devrait ainsi être capable de résoudre via un quelconque simulateur orienté module (OM) :

• un problème de simulation pure, c'est-à-dire simuler le fonctionnement d'un procédé de structure donnée et pour lequel les courants d'alimentation X^o (matières premières) et les paramètres de dimensionnement et de fonctionnement P des modules sont spécifiés ;

• un problème de conception, c'est-à-dire utiliser les degrés de liberté du procédé pour satisfaire des spécifications de design.

Il pourra alors mettre toutes ses compétences scientifiques et techniques au service de la conception et de la conduite des procédés assistée par ordinateur.

Un tableau des symboles et abréviations se trouve en fin d'article.