BatchReactor

Simulation des réacteurs chimiques discontinus

Réduire les coûts de production, répondre aux exigences environnementales, maîtriser les risques, gagner du temps dans les phases de scale-up et dans la mise sur le marché de nouveaux produits… BatchReactor permet aux chimistes et ingénieurs procédés de s’appuyer sur un outil dédié pour répondre efficacement à de tels défis.
BatchReactor met à disposition une liste complète de fonctionnalités permettant la simulation de presque tous les réacteurs discontinus dans les domaines de la chimie, des bio-industries, des produits pharmaceutiques…

Caractéristiques

Une représentation détaillée du réacteur (dispositif thermique, condenseur…)

Un modèle réactionnel ajustable sur les essais expérimentaux disponibles

Une modélisation physico-chimique adaptée au problème à traiter

Une description très fidèle du mode opératoire

Un outil de scale-up pour les cuves et le système d’agitation

Une interface conviviale, des calculs rapides et des résultats facilement exploitables

Réduire les coûts de production, répondre aux exigences environnementales, maîtriser les risques, gagner du temps dans les phases de scale-up et dans la mise sur le marché de nouveaux produits… BatchReactor permet aux chimistes et ingénieurs procédés de s’appuyer sur un outil dédié pour répondre efficacement à de tels défis.

Chimie & Pharmaceutique - réacteur en mode batch - optimisationDans 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…

BatchReactor est un logiciel qui s’avère très utile notamment pour :

  • évaluer la possibilité d’effectuer une nouvelle synthèse dans un réacteur existant,
  • étudier des scénarios dégradés tels que la perte du système de refroidissement,
  • mettre au point une stratégie de contrôle du réacteur,
  • reproduire à l’échelle pilote puis industrielle des essais obtenus sur la paillasse,
  • former les opérateurs,
  • quantifier les rejets (COV…),
  • pérenniser la connaissance acquise sur une synthèse en archivant son modèle,
  • réduire les temps de cycle, les produits hors-spec…

 

 

 

Configuration matérielle requise

Compatible PC à base de processeur Intel Pentium, possédant :

  • 2 Go de RAM ou plus (4 Go ou plus recommandés).
  • Système d’exploitation 32 bits ou 64 bits : Microsoft Windows XP, Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 10, Windows Server 2003, Windows Server 2008, Windows Server 2012, Windows Server 2016 (nous consulter pour d’autres systèmes).
  • Au moins 2 Go d’espace disque disponible après installation pour de bonnes performances d’utilisation.
  • Un accès internet (pour télécharger le logiciel et la licence).

Une modélisation très fidèle du réacteur et des équipements associés

La « technologie » des équipements : réacteur, échangeurs de chaleur, condenseur … peut être prise en compte avec un niveau de détail adapté aux objectifs recherchés.
Il est possible de travailler à « refroidissement » (ou « chauffe ») constant puis d’affiner le modèle en calculant rigoureusement la quantité de chaleur fournie au réacteur au cours du temps. Pour cela, un large choix de dispositifs thermiques est disponible.

Les équipements peuvent être choisis dans les bibliothèques standards ou être configurés au niveau de chacun des éléments :

– fonds de cuves : plats, hémisphériques…
– réacteurs industriels ou de laboratoire
– agitateurs : turbines, impellers…
– échangeurs immergés : serpentin…
– échangeurs à la paroi : demi-coquilles, doubles enveloppes
– échangeurs externes avec circulation
– matériaux de la paroi : acier vitrifié…
– chauffage par induction
– fluides thermiques

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 outil spécifique (Simulis® Technologies) permet de gérer ces éléments et de stocker les équipements standards de la société.

Si le réacteur est muni d’un condenseur, il est possible, d’imposer la condensation (partielle, totale ou sous-refroidie) mais également de calculer rigoureusement la quantité réellement condensée au cours du temps. Pour des condenseurs de type tubes/calandre, BatchReactor calcule automatiquement les coefficients d’échange.
Un éventuel décanteur pourra aussi être modélisé rigoureusement (niveau constant ou variable) et la phase refluée choisie.Les systèmes de contrôle de l’unité et de régulation (PID,…) des différents paramètres sont pris en compte par BatchReactor.

 

Des modèles réactionnels variés et un identificateur de cinétiques performant

Des réactions instantanées, équilibrées, réversibles ou irréversibles peuvent être décrites.
Combinées à la prise en compte des cinétiques réactionnelles (Arrhenius, Langmuir Hinshelwood …), elles confèrent à BatchReactor toute sa puissance.
S’ils ne sont pas disponibles, Simulis® Kinetics, permet d’obtenir les paramètres des lois cinétiques et/ou les chaleurs de réactions nécessaires à la modélisation à partir de mesures expérimentales obtenues en laboratoire : concentration en fonction du temps; calorimétriques (chaleurs échangées obtenues sur les réacteurs de laboratoire).
En fonction des essais disponibles, les paramètres identifiables sont automatiquement détectés : facteurs pré-exponentiels, énergies d’activation et ordres des réactions. Ces paramètres sont obtenus avec leur intervalle de confiance afin d’évaluer la pertinence du modèle.

 

Un package thermodynamique performant et flexible

Pour les propriétés physico-chimiques, plusieurs niveaux de modélisation sont possibles. Dans le cas d’un réacteur monophasique liquide, des propriétés globales pourront être suffisantes. Pour des systèmes multiphasiques ou une analyse plus fine, BatchReactor calcule automatiquement les propriétés physico-chimiques du milieu réactionnel au cours du temps en bénéficiant de toute la puissance du serveur de calcul de propriétés physico-chimiques et d’équilibres entre phases de ProSim :
– une base de données de propriétés pour plus de 2 300 corps purs (base DIPPR® de l’AIChE)
– toute une palette de modèles thermodynamiques pour le calcul des propriétés des mélanges et des équilibres entre phases.
– un ensemble de services : estimation de propriétés, bases de données privées, etc.

En savoir plus sur Simulis Thermodynamics.

 

Tester des voies alternatives et de nouvelles stratégies de production

La “recette” de fabrication est décrite comme sur l’unité industrielle : en définissant une série d’étapes opératoires. La description de scénarios complets est ainsi possible.

A chaque étape, un mode de fonctionnement différent peut être défini :
• isotherme (à température ou profil imposés) avec ou sans dispositif thermique
• adiabatique, à quantité de chaleur donnée
• à quantité de chaleur calculée en fonction des paramètres du dispositif thermique.

A chaque étape, il est possible de modifier chacun des paramètres de fonctionnement :
• les alimentations et/ou les soutirages (ouverts, fermés, débits…)
• la température, le débit du fluide thermique
• les paramètres du système d’agitation
• la politique de reflux, le dispositif de condensation, l’arrêt ou la mise en service d’un décanteur…
• les réactions chimiques…

Les étapes s’enchaînent automatiquement par la détection d’évènements définis par l’utilisateur qui peuvent être le temps écoulé, mais aussi la quantité produite, la température dans le réacteur, etc. La détection peut se faire en valeur montante ou descendante.

 

Une interface conviviale, des calculs rapides et des résultats facilement exploitables

L’interface graphique intuitive permet de décrire très facilement les différents paramètres de tous les modèles même les plus complexes.
Grâce à ses méthodes numériques robustes et efficaces, BatchReactor est particulièrement performant sur les cas complexes. Le logiciel effectue des calculs de bilan matière-énergie et d’équilibres entre phases et permet d’obtenir l’évolution dans le temps de toutes les variables opératoires de l’installation : concentration, température, chaleur de réaction, quantité et qualité de production…

 

 

En cours de simulation ces valeurs sont visualisées graphiquement ce qui en fait un outil particulièrement didactique. Les résultats sont directement exploitables sous forme graphique, texte, tableaux.

 

 

Exemples d’application :

  • Amélioration de la sécurité du procédé notamment dans le cas de réactions très exothermiques, par la simulation de différents scénarios
  • Simulation dynamique de l’emballement thermique d’un réacteur
  • Analyse des impacts environnementaux de différentes configurations de production, à travers notamment l’estimation des rejets en VOC
  • Réduction des coûts opérationnels par l’optimisation des conditions opératoires,
  • Études de faisabilité, par exemple l’impact d’une modification de procédé sur un réacteur
  • Réduction des risques d’investissement à travers la simulation au préalable des nouveaux équipements
  • Étude d’un réacteur batch de séchage d’Acétate de Sodium

 

Voir plus d’applications

BatchReactor comprend plusieurs modèles cinétiques pré-codés pour les réactions en phase liquide, liquide-vapeur et liquide-solide. Les réactions biochimiques sont aussi prises en compte. Il est également possible de définir un modèle cinétique utilisateur. La connexion entre le modèle utilisateur et le logiciel est effectué par le biais d’une DLL (Dynamic Link Library).

La réaction est définie par un schéma réactionnel (coefficients stochiométriques), un modèle cinétique et ses paramètres. Si vous n’avez aucune idée de la valeur de vos paramètres cinétiques, BatchReactor les identifie à partir de données expérimentales (concentrations ou données calorimétriques).

Plusieurs niveaux de détail sont proposés selon la précision recherchée. Pour la configuration la plus détaillée, vous pouvez décrire la géométrie de la cuve, le type d’agitateur, le dispositif thermique (demi-coquilles, double enveloppe, échangeurs externes.), le fluide utilité etc…

Oui, c’est possible. Les versions d’évaluation sont des versions fonctionnellement complètes, avec une base de composants limitée à 50 corps (la base standard a les propriétés de plus de 2300 composants) et avec une licence de 30 jours (à partir de la date d’installation). Il n’y a pas de version téléchargeable à partir du site public de ProSim.

Pour tester et évaluer le logiciel de simulation, contactez le département commercial.

Compatible PC à base de processeur Intel Pentium, possédant :
• 2 Go de RAM ou plus (4 Go ou plus recommandés).
• Système d’exploitation 32 bits ou 64 bits : Microsoft Windows XP, Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 10, Windows Server 2003, Windows Server 2008, Windows Server 2012, Windows Server 2016 (nous consulter pour d’autres systèmes).
• Au moins 2 Go d’espace disque disponible après installation pour de bonnes performances d’utilisation.
• Un accès internet (pour télécharger le logiciel et la licence).