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ProSim HEX

Simulation des échangeurs de chaleur

ProSim HEX est le nouveau package proposé par ProSim pour la simulation des échangeurs de chaleur. Ce package est constitué principalement à ce jour d'un module dédié à la simulation détaillée des échangeurs de chaleur de type "Plaques et Joints", éventuellement réactif (CO-ProSim PHE), d'un module de rating d'échangeurs de type "Tubes et Calandre" ainsi que de différents modules qui vont permettre une simulation plus simple des échangeurs de chaleur (indépendamment de la technologie d'échange) ou des équipements périphériques afin de simuler également l'environnement des échangeurs de chaleur (pompes, compresseurs, turbines, flashes, vannes…).

Un module pour la simulation détaillée des échangeurs de chaleur de type "Plaques et Joints", éventuellement réactifs.

Un module de rating des échangeurs de type "Tubes et Calandre".

Une bibliothèque d'opérations unitaires permettant de représenter les équipements liés.

Des fonctionnalités puissantes pour une conception et des études détaillées.

Une bibliothèque thermodynamique rigoureuse et très complète.

Une interface intuitive pour la description des équipements modélisés et l’analyse des résultats.


Le logiciel ProSim HEX permet de simuler de façon détaillée un échangeur unique, mais également tout une batterie d'échangeurs interconnectés (en série, en parallèle…) avec éventuellement des recyclages entre les échangeurs afin de représenter toute la complexité d'une installation réelle.
Le calcul des échangeurs de chaleur avec ProSim HEX bénéficie de toute la puissance du serveur thermodynamique de ProSim intégré dans ProSim HEX. On sait que les propriétés physico-chimiques des fluides (viscosité, chaleur spécifique…) ainsi que les propriétés thermodynamiques et notamment les valeurs de changement de phase (température d'ébullition…) ont une grande incidence sur les calculs de transferts thermiques et de pertes de charges. Leur estimation rigoureuse et précise, même pour les mélanges les plus complexes est un point fort indéniable de ProSim HEX.


Caractéristiques de ProSim HEX :

  • Un module pour la simulation détaillée des échangeurs de chaleur de type "Plaques et Joints", éventuellement réactifs (CO-ProSim PHE, lire descriptif);
  • Un module pour la simulation détaillée des échangeurs de chaleur de type "Tubes et Calandre".
  • Une bibliothèque d'opérations unitaires permettant de représenter les équipements liés :
    • échangeurs de chaleur (calcul indépendant des dimensions) : consignateur de température, échangeur simple, échangeur généralisé, échangeur multi-fluides ;
    • flash diphasique (liquide-vapeur): T-P, T-ω, P-ω, P-Q, P-S ;
    • transport de fluides : pompe, compresseur, compresseur généralisé, turbine, éjecteur à vapeur, pertes de charges en ligne, vanne de détente, plaque à orifice ;
    • mélangeurs et diviseurs de courants, séparateur de constituants.
  • Des fonctionnalités puissantes pour une conception et des études détaillées : analyse de sensibilité, spécifications, optimisation…
  • Une bibliothèque thermodynamique rigoureuse et très complète (voir Simulis Thermodynamics) ;
  • Une interface intuitive pour la description des équipements modélisés et l’analyse des résultats ;
  • Un logiciel ouvert que l'utilisateur peut compléter avec son propre savoir-faire si nécessaire : opérations unitaires définies par l'utilisateur, nouveaux constituants, scripts en Visual Basic, adjonction d'opérations unitaires ou de modèles thermodynamiques extérieurs par la technologie CAPE-OPEN...
     

 

CO-ProSim PHE : Simulation des Echangeurs de Chaleur à Plaques et Joints

De nombreuses industries telles que l’agroalimentaire, la chimie, la pharmacie... utilisent les échangeurs de chaleur à plaques et joints car ils sont compacts, performants et facilement nettoyables. Ils permettent également une grande flexibilité en adaptant aisément le nombre de plaques en fonction des conditions de process recherchées. La simulation des échangeurs de chaleur à plaques et joints, éventuellement réactifs, par un module dédié (CO-ProSim PHE) va permettre au concepteur ou à l'exploitant de connaître les caractéristiques des deux fluides en sortie de l'échangeur en fonction des caractéristiques de l'échangeur : nombre et types de plaques, dimensions, encrassement... Grâce à une modélisation fidèle de l'équipement, CO-ProSim PHE permet de concevoir des échangeurs de cette technologie, d'en accroître aisément les performances ou de s’adapter à de nouvelles conditions d’exploitation.

Les configurations les plus diverses et les plus complexes peuvent être simulées avec CO-ProSim PHE : échangeurs monopasse ou multipasse, à contre-courant ou à co-courant, en monophasique ou diphasique (condensation, évaporation).

Le module CO-ProSim PHE permet de prendre en compte également des réactions chimiques afin de simuler des échangeurs-réacteurs compacts qui sont mis en œuvre notamment dans une démarche d'intensification de procédé.

CO-ProSim PHE est indépendant de tout fabriquant de plaques et permet ainsi de comparer les solutions de différents fournisseurs de façon impartiale. Les calculs de transferts thermiques et de pertes de charge vont dépendre des caractéristiques géométriques des plaques (dimensions, hauteur et angle des chevrons…) par des corrélations appropriées.

Au-delà de la simulation d'un échangeur de chaleur donné, dans l'environnement ProSim HEX il est possible d'effectuer une analyse de sensibilité en faisant varier un des paramètres de l'échangeur et en en analysant l'incidence sur le transfert thermique et les pertes de charge. L'utilisation de spécifications sur les fluides de sortie va permettre d'ajouter automatiquement certaines caractéristiques de l'échangeur pour satisfaire les conditions de process recherchées. La conception d'un échangeur capable de réaliser un échange donné devient ainsi possible.

 

Caractéristiques de CO-ProSim PHE :

ProSim HEX permet de simuler la plupart des configurations d'échangeurs de chaleur de type "Plaques & Joints" :

  • monopasse ou multipasse,
  • pour des échanges monophasiques ou diphasiques (liquide-vapeur),
  • en écoulement à contre-courant ou à co-courant,
  • pour des plaques à chevrons d’angle compris entre 0 et 90 degrés.

 

                              

                         

 

 

Un modèle thermo-hydraulique détaillé et précis :

  • simulation des changements de phases (condensation, évaporation…) et des particularités géométriques associées ;
  • prise en compte des niveaux de chaleur des plaques situées aux extrémités de l’échangeur pour simuler la réalité du fonctionnement de l’échangeur et donc optimiser le transfert thermique ;
  • prise en compte d'éventuelles réactions chimiques avec différents modèles de vitesse (Arrhénius, Langmuir, fourni par l'utilisateur) ;
  • prise en compte d'éventuelles maldistributions ;
  • prise en compte d'un éventuel coefficient d’encrassement pour chaque circuit fluide ;
  • simulation d'un procédé avec un fluide circulant successivement dans différents corps d'échangeurs (prise en compte de l’empilage).

Un logiciel convivial et souple d'utilisation :

  • des menus simples permettent d'accéder facilement aux paramètres géométriques nécessaires pour décrire les différentes plaques et représenter les différentes configurations possibles de l’échangeur ;
  • le choix d'un matériau de plaque prédéfini (inox, aluminium…) ou la saisie des coefficients d'une corrélation de calcul de la conductivité thermique pour d'autres matériaux ;
  • le choix des méthodes de calcul des performances thermiques et hydrauliques des plaques : corrélations prédéfinies ou saisie tabulée (point par point ou copier/coller d'un tableau existant) des données de performance (nombre de Reynolds, coefficient de Fanning, coefficient de Colburn) ;
  • un contrôle systématique de la cohérence des données pour éliminer les inévitables erreurs de saisie ;
  • une visualisation graphique de la configuration de l'échangeur.

Un package thermodynamique complet : la détermination des propriétés physico-chimiques des fluides (viscosité, chaleur spécifique…) ainsi que des propriétés thermodynamiques et notamment les valeurs de changement de phase (température d'ébullition,…) est assurée par le serveur thermodynamique de ProSim (voir Simulis Thermodynamics) intégré dans ProSim HEX :

  • une base de données de propriétés contenant les propriétés des principaux fluides couramment utilisés dans les échangeurs de chaleur mais aussi les fluides de procédés complexes (plus de 2 300 corps-purs) ;
  • des méthodes de calcul des propriétés thermodynamiques permettant de simuler des échangeurs dans lesquels circulent tous types de mélanges (mélanges d'hydrocarbures, composés polaires, solutions électrolytiques…)
  • l'édition rapide et simple des propriétés des différents constituants ;
  • la visualisation graphique des propriétés, directement à partir du schéma de procédé ;
  • l'utilisation possible de "property packages" CAPE-OPEN (associant une liste de constituants et un modèle thermodynamique) provenant de serveurs thermodynamiques tiers.

Les propriétés peuvent également être fournies par l'utilisateur sous forme tabulée (saisie point par point ou copier/coller d'un tableau existant) pour chacun des deux fluides : température, taux de vaporisation, enthalpie et propriétés de chacune des phases (liquide et vapeur) : masse volumique, chaleur spécifique, viscosité et conductivité thermique.

Une exploitation simple et rapide des résultats :

  • toutes les informations utiles directement disponibles : température du fluide, température de la plaque, pression du fluide, pertes de charge, coefficient de transfert de chaleur globaux et locaux, taux de vaporisation ;
  • des tableaux récapitulatifs de toutes les grandeurs caractéristiques (température, pression, coefficient de transfert thermique, enthalpie massique, taux de vaporisation massique) ;
  • des résultats globaux ou au niveau local ;
  • la visualisation graphique de l'évolution de la température de chaque fluide sur une section de l’échangeur permettant de détecter rapidement tout problème de performance.

Un logiciel ouvert dans lequel l’utilisateur peut introduire aisément ses propres corrélations d’échange, ses propres matériaux, ses propres modèles de cinétiques de réaction chimique ou enrichir la base de données associée avec les propriétés de nouveaux fluides.
 

En dehors de l'environnement ProSim HEX, CO-ProSim PHE est également disponible dans les autres environnements de simulation de ProSim (ProSimPlus, ProSimPlus Energy, ProSimPlus HNO3). Ce module peut aussi être utilisé au sein de tout environnement de simulation compatible CAPE-OPEN (contactez-nous pour connaître les différentes conditions de licence).