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| BatchReactor |
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Simulation dynamique de réacteurs chimiques discontinus |
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BatchReactor est un simulateur dynamique dédié aux réacteurs chimiques fonctionnant en mode discontinu. Il s’adresse aux chimistes, techniciens et ingénieurs procédés qui recherchent un outil fiable et robuste pour réduire les coûts de production, répondre aux exigences environnementales et sécuritaires, gagner du temps dans les phases de scale-up et dans la mise sur le marché de nouveaux produits.
Dans un environnement flexible qui permet de configurer en détail le réacteur (avec le système de chauffe ou de refroidissement et de condensation lorsque nécessaire) et en s’appuyant sur des méthodes numériques robustes et efficaces, BatchReactor effectue des calculs de bilans matière - énergie et d'équilibres entre phases, et permet d'obtenir l'évolution dans le temps des différents variables opératoires de l'installation : température, concentrations, chaleur de réaction, quantité condensée, quantité et qualité de production...
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Représenter fidèlement l’installation
Dans l'environnement de BatchReactor, l'utilisateur peut configurer avec précision le réacteur et les éléments associés (échangeurs, condenseur). Il a, à sa disposition, de nombreuses bibliothèques d’équipement (cuves, agitateurs, système d'isolation, fluides thermiques...) qui lui permettent de représenter la quasi totalité des systèmes ou de tester différents types d'installation.
A chaque type d'équipement est associé un ensemble de paramètres qui définissent avec précision son fonctionnement.
Le système de condensation est décrit précisément, avec la possibilité notamment de configurer la géométrie du condenseur, de représenter un ou deux étages de condensation, de sélectionner le taux de reflux ou de prendre en compte un système de contrôle de pression.
Un package thermodynamique performant et flexible
BatchReactor calcule les propriétés physico-chimiques du milieu en fonction du temps (équilibres liquide-vapeur ou liquide-liquide, propriétés de transfert (viscosité, chaleur spécifique, conductivité thermique...)) et les variations du milieu réactionnel, à partir des propriétés de corps purs.
Pour cela BatchReactor s’appuie sur :
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Une base de données de 1 700 constituants issue de la base DIPPR® et enrichie de données provenant de projets de recherche conduits par les experts en thermodynamique de ProSim ainsi qu’une base de données “privée” pour stocker les constituants spécifiques. |
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Un ensemble de modèles de cinétique réactionnelle fiable (réactions à cinétique instantanée, réactions équilibrées, réactions à cinétique contrôlée (loi d’Arrhénius...), réactions complexes (Langmuir – Hinshelwood...)) |
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De nombreux modèles thermodynamiques fiables et robustes (Équations d'état (Soave-Redlich-Kwong, Peng-Robinson, Lee-Kesler-Plöcker, BWRS, etc.), Modèles de coefficient d'activité (NRTL, UNIQUAC, UNIFAC, Wilson, etc.), modèles combinés (MHV2, PSRK, Engels...) |
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L’identificateur de cinétique
Un identificateur de cinétique performant est intégré dans BatchReactor et permet d'obtenir les paramètres cinétiques et / ou des chaleurs de réaction d’un modèle à partir de données expérimentales calorimétriques (type RC1) et / ou de concentration que les essais soient isothermes ou non, et qu’ils incluent ou non des coulées de réactifs.
Ce module permet donc à l'utilisateur de choisir un schéma réactionnel plausible (réactions réversibles, irréversibles, successives...), accélérer les procédures expérimentales pour l’obtention des vitesses de réaction et analyser la qualité du modèle cinétique obtenu grâce aux intervalles de confiance des paramètres identifiés.
Scenarios et représentation des modes opératoires
Comme sur une unité industrielle, la recette de fabrication ou des scénarios opératoires sont définis par une série d’étapes, enchaînées par des évènements spécifiques. A chaque étape, il est possible de définir un mode opératoire différent (isotherme, adiabatique, mode semi-batch) et des paramètres de fonctionnement spécifiques.
Typiquement, les scenarios permettent d’analyser les conséquences de modifications au niveau des :
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alimentations et / ou les soutirages (ouverts, fermés, débits,…) |
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caractéristiques du (ou des) fluide(s) de service (température, débit...) |
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paramètres du système d’agitation |
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politiques de reflux |
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politiques de pression (fixe, profil imposé, calculée) |
Les étapes s’enchaînent automatiquement par la détection d’évènements définis par l’utilisateur : durée opératoire, température dans le réacteur, pression dans le réacteur, concentration dans le réacteur (fraction, quantité partielle…), quantité totale dans le réacteur, etc.
Des méthodes numériques robustes et efficaces
Grâce à ses méthodes numériques robustes et efficaces, BatchReactor est particulièrement performant sur les cas complexes: mélanges fortement non idéaux, procédés avec de fortes discontinuités (arrêt de l’agitation, ouverture ou fermeture d’une alimentation...).
L’évolution de toutes les variables du procédé est calculée en fonction du temps (concentration de chacun des constituants, températures, pressions, chaleur de réaction, quantité condensée et sa composition, quantité produite et sa composition...).
En fin de simulation, les résultats sont directement exploitables sous format graphique (évolution des principaux paramètres) ou HTML, texte exportable (rapport de simulation, résultats...).
Exemples d'application
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Amélioration de la sécurité du procédé notamment dans le cas de réactions très exothermiques, par la simulation de différents scénarios |
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Simulation dynamique de l'emballement thermique d'un réacteur |
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Analyse des impacts environnementaux de différentes configurations de production, à travers notamment l'estimation des rejets en VOC |
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Réduction des coûts opérationnels par l'optimisation des conditions opératoires, |
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Etudes de faisabilité, par exemple l'impact d'une modification de procédé sur un réacteur |
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Réduction des risques d'investissement à travers la simulation au préalable des nouveaux équipements |
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Etude d'un réacteur batch de séchage d'Acétate de Sodium |
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Identification de cinétique
Evolution des compositions liquides
durant la simulation
Evolution de la température et des fractions
condensées dans le condenseur
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