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PPR78 : Nouvelle équation d’état prédictive pour les hydrocarbonés saturés, les aromatiques et les naphtènes

25/06/2007
ProSim, l'éditeur Français de logiciels de simulation et d'optimisation des procédés industriels, annonce l’intégration de PPR78, une nouvelle équation d’état prédictive, dans ProSimPlus (simulation des procédés industriels continus) et dans Simulis Thermodynamics (composant logiciel pour le calcul de propriétés thermodynamiques).


L’objectif de cette intégration est de faire en sorte que l’ingénieur travaillant sur des systèmes contenant des hydrocarbonés saturés, des aromatiques et des naphtènes, ne soit pas limité par l’absence de propriétés et qu’il ait à sa disposition des méthodes prédictives pour les estimer. Il peut ainsi gagner du temps tout en préservant la fiabilité des résultats de ses calculs.

Disposer de méthodes prédictives fiables dans une bibliothèque thermodynamique est essentiel. Ainsi que le Pr. Gmehling l’explique [1] : "La connaissance précise des propriétés thermodynamiques, des corps purs et de leurs mélanges sur des plages de températures,de pressions et de composition importantes est un pré-requis crucial pour la synthèse, la conception et l’optimisation assistées par ordinateur de procédés chimiques". En particulier, "A cause de l’importance des opérations de séparation dans les procédés de synthèse, disposer de moyens pour connaître précisément le comportement des équilibres entre phases est particulièrement important, étant donné que dans la plupart des cas, le comportement des systèmes multi composants doit être connu et que peu de données sont disponibles. Bien entendu, le comportement des équilibres entre phases peut aujourd’hui être mesuré à l’aide de techniques sophistiquées, souvent assistées par ordinateurs. Cependant, les mesures sont très longues à acquérir. Par exemple, la mesure du comportement de l’équilibre vapeur – liquide (VLE) d’un système de 10 constituants, à pression atmosphérique, avec un pas de 10% molaire (au total 92 378 points) prendrait approximativement 37 ans".

Le modèle intégré par ProSim est une méthode de contribution de groupes développée par Jaubert et al. [3], [4], [5], qui permet d’estimer les paramètres d’interaction binaire dépendant de la température (kij(T)) pour l’équation d’état de Peng-Robinson [2], l’une des plus utilisée au niveau industriel. Puisque l’addition d’une méthode de contribution de groupe pour estimer les kij la rend prédictive, le modèle a été nommé PPR78 (Predictive 1978, Peng–Robinson EOS).

Le point clé de l’approche de Jaubert et al est que les paramètres d’intéraction binaire sont uniquement fonction de la température (T), des températures critiques (Tc), des pressions critiques (Pc) et des facteurs acentriques (ω) des deux constituants. Cela signifie qu’aucune autre propriété, hormis celles requises par l’équation d’état elle-même (TC, PC, ω), n’est nécessaire.

Dans un premier article [3], le champs d’application pour le modèle PPR78 était limité à six groupes: CH3, CH2, CH, C, CH4 (methane), et C2H6 (ethane). Il a par la suite été étendu aux systèmes contenant des composants aromatiques [4] (nouveaux groupes : CHaro and Caro), des naphtènes (hydrocarbonés cycliques) [5] (nouveaux groupes : CH2, cyclic, CHcyclic and Ccyclic) et des gaz (N2, CO2 et H2S). Cela permet d’estimer les kij pour tout mélange contenant des alkanes, des aromatiques, des naphtènes et des gaz (N2, CO2, H2S), quelle que soit la température.


   
Pression de bulle et de rosée à température donnée n-Butane / n-Decane



Pression de bulle et de rosée à température donnée
Methane / Propane



Azote / n-Butane
équilibre liquide vapeur


Ethane / Hydrogène Sulfide
équilibre liquide vapeur
Ethane / Hydrogène Sulfide
équilibre liquide vapeur


Methane / CO2
équilibre liquide vapeur
Methane / CO2
équilibre liquide vapeur


[1] J. Gmehling
“Potential of thermodynamic tools (group contribution methods, factual data banks) for the development of chemical processes”
Fluid Phase Equilibria, vol. 210, pp. 161-173, 2003

[2] D.B. Robinson, D.Y. Peng
“The characterization of the heptanes and heavier fractions for the GPA Peng-Robinson programs”
Gas processors association, Research Report PR-28, 1978

[3] J.N. Jaubert, F. Mutelet
“VLE predictions with the Peng-Robinson equation of state and temperature dependant Kij calculated through a group contribution method”
Fluid Phase Equilibria, vol. 224, pp. 285-304, 2004

[4] J.N. Jaubert, S. Vitu, F. Mutelet
“Extension of the PPR78 model (Predictive 1978, Peng-Robinson EOS with temperature dependant calculated through a group contribution method) to systems containing aromatic compounds”
Fluid Phase Equilibria, vol. 237, pp. 193-211, 2005

[5] S. Vitu, J.N. Jaubert, F. Mutelet
“Extension of the PPR78 model (Predictive 1978, Peng-Robinson EOS with temperature dependant calculated through a group contribution method) to systems containing naphtenic compounds”
Fluid Phase Equilibria, vol. 243, pp. 9-28, 2006