OPTIMISATION ET SIMULATION DES PROCEDES DE LIQUEFACTION DEL’OXYGENE PAR LE LOGICIEL ASPEN HYSYS

Abstract

Introduction générale …………………………………………………………...……………..1 CHAPITRE I : Notion de cryogénie et les cycles de liquéfaction I.1 Définition de la cryogénie .................................................................................................................. 3 I.2 L’évolution de la technologie cryogénique [2] .................................................................................. 5 I.3 Domaine d’utilisation de la cryogénie [3] .......................................................................................... 5 I.4 Notion, propriété et utilisation de l’oxygène [4] ................................................................................ 6 I.4.1 Oxygène ........................................................................................................................... 6 I.4.2 Propriété et utilisation de l’oxygène ................................................................................ 6 I.5 Techniques de production des basses températures [5] [6] ................................................................ 8 I.5.1 Effet de Joule- Thomson ................................................................................................. 8 I.5.2 Détente isentropique ...................................................................................................... 10 I.5.3 Théorie de température d’inversion [7] ......................................................................... 11 I.6 Notion de réfrigération et de liquéfaction ........................................................................................ 12 I.6.1 La réfrigération [8] ........................................................................................................ 12 I.6.2 La liquéfaction [9] ......................................................................................................... 12 I.6.3 L’importance et utilisation des gaz liquéfiés [10] ......................................................... 12 I.6.4 Processus de liquéfaction [11] ....................................................................................... 12 I.7 Premier principe de la thermodynamique appliqué à un système ouvert [12] ................................. 13 I.7.1 Bilan énergétique des systèmes ouverts en régime permanent ...................................... 13 I.7.2 Applications sur les cycles de liquéfaction .................................................................... 14 I.7.3 Cycle idéal [13] ............................................................................................................. 14 I.8 Cycle de Linde –Hampson[14] ........................................................................................................ 16 I.8.1 Le travail théorique (mécanique) dépensé ..................................................................... 17 I.8.2 Le taux de liquéfaction : ................................................................................................ 18 I.9 Cycle de Claude [15] ........................................................................................................................ 18 I.9.1 Taux de liquéfaction ...................................................................................................... 19 I.9.2 Application du premier principe de la thermodynamique pour quelques machines en régime permanent [16] ................................................................................................................ 20 CHAPITER II : Présentation du logiciel ASPEN HYSYS et quelques équipements de simulation II.1 Définition du HYSYS ................................................................................................................. 23 II.2 Le simulateur HYSYS [18] ......................................................................................................... 23 II.2.1 Utilisation du simulateur HYSYS [13] .......................................................................... 24 II.3 Concepts et caractéristiques du simulateur HYSYS ................................................................... 24 II.3.1 Concepts de base du simulateur HYSYS ...................................................................... 24 II.3.2 Environnement de simulation ........................................................................................ 26 II.4 Caractéristiques principales de HYSYS [19] .............................................................................. 27 Sommaire II.5 Structure générale du HYSYS .................................................................................................... 28 II.6 Les étapes d’utilisation du logiciel HYSYS ................................................................................ 29 II.7 Les équipements utilisés [20] ...................................................................................................... 31 II.7.1 Les équipements de canalisation ................................................................................... 31 II.7.2 Les équipements de rotation .......................................................................................... 33 II.7.3 Les équipements de séparation ...................................................................................... 35 II.7.4 Les équipements de transfert de chaleur ........................................................................ 36 II.7.5 Recyclage ...................................................................................................................... 37 CHAPITRE III : Simulation du cycle de Linde et de Claude et discussions des résultats III.1 Paramètres d’opération d’un système de liquéfaction ................................................................. 39 III.2 Paramètres de performance d’un système de liquéfaction .......................................................... 39 III.3 Calcul thermodynamique ............................................................................................................ 41 III.4 Simulation des cycles de liquéfaction de Linde et Claude .......................................................... 41 III.5 Les paramètres du problème ....................................................................................................... 41 III.5.1 Pour le cycle de Linde-Hampson................................................................................... 41 III.5.2 Pour le cycle de Claude ................................................................................................. 42 III.6 Les résultats de simulation .......................................................................................................... 43 III.6.1 Cycle de Linde-Hampson .............................................................................................. 43 III.6.2 Cycle de Claude ............................................................................................................. 44 III.7 Les propriétés obtenues à partir de la simulation du cycle de Linde .......................................... 45 III.8 Calcul des paramètres de performance de O2 pour chaque cycle de liquéfaction ....................... 46 III.8.1 Les différents paramètres du cycle d’oxygène en fonction du taux de compression (cycle de Linde) .......................................................................................................................... 46 III.9 Les paramètres de performance obtenues à partir de la simulation du cycle de Claude ............. 49 III.9.1 Les différents paramètres du cycle de liquéfaction d’oxygène en fonction du pourcentage du débit retenu par le diviseur ................................................................................ 50 III.10 Interpretation generale ................................................................................................................ 52 Conclusion générale…………………………………………………………………………..54