1
‫المعهد الجزائري للبترول‬
Institut Algérien du Pétrole
Ecole de Boumerdes
UFR Gaz, Raffinage & Pétrochimie
2
PLAN DE LA PRÉSENTATION
I. Introduction & Généralités
3
PLAN DE LA PRÉSENTATION
II. Présentation de AspenHYSYS
4
PLAN DE LA PRÉSENTATION
III. Opérations unitaires
5
PLAN DE LA PRÉSENTATION
IV. Opérations logiques
6
I. GENERALITES
SUR LA
SIMULATION
7
I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
8
I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
1- La simulation est définie comme étant la représentation d'un phénomène physique à l’aide de
modèles mathématiques simples permettant de décrire son comportement.
La représentation par des modèles mathématiques des différents phénomènes de transferts de masse,
d’énergie et de quantité de mouvement qui se produisent dans les différentes opérations unitaires.
2- La simulation permet l’étude et l’analyse des résultats d’une action sur un élément sans
réaliser l’expérience.
Simulation Aspen HYSYS
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
 Le modèle mathématique est composé d’une série d’équations développées dans l’objectif de
décrire le comportement d’un système donné (opération unitaire: séparation de phases,
fractionnement de composants, compression, détente, échange de chaleur ou autre).
 Ce sont en général :
 Soit des équations de conservation de Masse, d’Energie et de Quantité de mouvement.
 Soit des équations empiriques ou semi-empiriques ……etc.
 Ces équations peuvent être algébriques ou différentielles.
Simulation Aspen HYSYS
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
12
I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Les objectifs majeurs de la simulation des procédés sont :
 Résoudre les équations des bilans de matière et d’énergie pour l’ensemble des appareils du
procédé;
 Calculer les caractéristiques (débit, composition, température, pression, propriétés physiques) des
fluides circulants entre les appareils ;
 Fournir les éléments nécessaires au dimensionnement des équipements, tels que les quantités de
chaleur échangées ou les débits internes d’une colonne….etc.
Simulation Aspen HYSYS
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
peut être utilisée lors de la conception d’un procédé industriel
peut être utilisée dans le suivi des procédés déjà installés
Simulation Aspen HYSYS
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Peut être utilisée lors de la conception d’un procédé (Développement et design)
industriel afin de :
 Établir des bilans de matière et d’énergie d’un procédé industriel.
 Déterminer les propriétés des différents flux.
 Dimensionner les équipements de ce procédé.
 Explorer plusieurs scénarios de simulation afin de choisir la meilleur solution.
 Optimisation des procédés
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I. GENERALITES SUR LA SIMULATION
Ou bien dans l’ amélioration des procédés déjà installés afin de :
 Répondre aux questions «What if»
 Réajuster les paramètres de fonctionnement dans le cas de changement de la composition de
l’alimentation ou des conditions de fonctionnement de certains équipements...
 L’optimisation des conditions de fonctionnement du procédé pour des contraintes données.
 Déterminer les performances des équipements.
 L’analyse du fonctionnement d’une unité existante ou l’étude des modifications à apporter pour
adapter l’unité à un nouveau contexte industriel : adaptation à la demande du marché (Réduction
du taux de mercure dans le gaz) ou à de nouvelles réglementations concernant l’environnement
ou la sécurité (Réduction des émissions CO2).
Simulation Aspen HYSYS
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II. Présentation de AspenHYSYS
PRESENTATION du LOGICIEL de SIMULATION
Simulation Aspen HYSYS
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II. Présentation de AspenHYSYS
PRESENTATION DU LOGICIEL DE SIMULATION
 Plusieurs logiciels de simulation commerciaux sont disponibles sur le marché :
Aspen Plus, ChemCAD, Hysim, AspenHysys, Pro-II.
 Les simulateurs sont de plus en plus indispensables pour concevoir de nouvelles
unités ou pour optimiser les procédés industriels, qui parfois fonctionnent loin de
leur optimum.
 Le simulateur AspenHysys est l’un des plus performants logiciels de simulation
présent sur le marché.
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II. Présentation de AspenHYSYS
PRESENTATION DU LOGICIEL DE SIMULATION
Tout simulateur des opérations unitaires (process) est organisé autour des modules suivants :
 Une base de données des corps purs et un ensemble de méthodes pour estimer les
propriétés des mélanges appelés aussi modèles thermodynamiques.
 Un schéma de procédé permettant de décrire les liaisons entre les différentes
opérations unitaires constituant l’unité (PFD : Process Flow Diagram).
 Des modules de calcul des différentes opérations unitaires contenant les équations
relatives à leur fonctionnement : réacteurs, colonnes de distillation, ballons de
séparation, échangeurs de chaleur, etc.
 Un ensemble de méthodes numériques de résolution des équations découlant de ces
modèles.
20
II. Présentation de AspenHYSYS
À la fin des années soixante-dix, des chercheurs du département de génie chimique et
pétrole de l'Université de Calgary (Canada) et leurs associés à la startup « Hyprotech
Ltd ». ont dirigé le développement d'outils de simulation de processus innovateurs qui
deviendra plus tard un standard de l'industrie.
Cette société très prospère est devenue le premier fournisseur canadien de logiciels de
simulation et d'ingénierie des procédés pour l'industrie du pétrole et du gaz.
Les réalisations d'Hyprotech :
• Un simulateur de processus interactif (HYSIM);
• Un simulateur de processus orienté objet (HYSYS Process); Un simulateur de
procédés en régime stationnaire intégré et dynamique (HYSYS Plant)….;
21
II. Présentation de AspenHYSYS :
• En 2001, Hyprotech a atteint un chiffre d'affaires record de plus de 80 millions $US. Un
an plus tard, Hyprotech a été rachetée par Aspen Technologies Inc. pour 106,1
millions $US.
• Fondé en 1981, AspenTech est né d'un projet de recherche conjointe entre le
Massachusetts Institute of Technology (MIT) et le Département américain de l'Énergie
- Système Avancé pour l‘Ingénierie des Procédés (ASPEN)-.
• Aspen Technologies Inc. (AZPN: NASDAQ) compte plus de 2500 employés dans le
monde et est l'une des plus grandes sociétés mondiales de logiciels et de services
scientifiques, avec un chiffre d'affaires de 325 millions USD en 2004.
http://www.aspentech.com/
22
II. Présentation de AspenHYSYS :
• Acquisition du logiciel AspenTech solution, par SONATRACH en Novembre 2015 et déploiement en
2016.
• Installation du comité de « Mise en œuvre de la solution ASPEN ONE ENGINEERING » en Mars
2016.
• Comité composé des représentants des structures : DC – ISI, EP, Aval, AST, LRP, TRC & IAP.
 Mme. Rebai N. & M. Boualleg S. M. sont membres et représentants de l’IAP au sein du comité.
23
II. Présentation de AspenHYSYS
Mode de fonctionnement :
AspenHYSYS
Steady State
Simulation
Dynamic
Simulation
Aspen Shell & Tube Exchanger, Aspen Flare System Analyser, Aspen Simulation Workbook……
24
II. Présentation de AspenHYSYS
Mode de fonctionnement:
• Mode stationnaire (Steady state).
• Mode dynamique (Dynamic).
Domaine d’application :
• Procédés de l’industrie gazière.
• Procédés de raffinage et de la pétrochimie.
Simulation Aspen HYSYS
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II. Présentation de AspenHYSYS
Fonctionnement de AspenHYSYS
• L’utilisateur doit spécifier les constituants (gaz, liquide ou mélange).
•
Il doit Choisir un modèle thermodynamique.
• Etablir le schéma de procédé (PFD).
•
L’utilisateur doit aussi spécifier les paramètres nécessaires pour le calcul
de chaque opération unitaire.
 AspenHysys résout le schéma de procédé.
AspenHysys peut aussi dimensionner quelques équipements
(Conduites, ballons, échangeurs, colonnes….)
Simulation Aspen HYSYS
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II. Présentation de AspenHYSYS
Structure générale de HYSYS
Modèles
numériques.
Données.
Composants T, P, Zj
Modèles des
opérations unitaires
Interface d’utilisation.
Banque de données des
propriétés physiques.
Modèles
thermodynamiques.
Solution
Optimisation
Étude économique
27
 STARTING
ASPENHYSYS
28
Starting HYSYS
Pour démarrer :
 Donne accès à la fenêtre suivante :
Double clic sur l’icône
Ou :
Start\AspenTech\Process
Modeling\ AspenHYSYS\
AspenHYSYS V9
Simulation Aspen HYSYS
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29
Starting HYSYS
• Cliquer sur l’icone
• Sélectionner File\ New\
Case;
• Appuyer sur Ctrl + N.
Simulation Aspen HYSYS
;
• Cliquer sur l’icone
;
• Sélectionner File\ Open\ Open Case ;
dans la fenêtre « Open Simulation
Case » spécifier le chemin du fichier
que vous voulez ouvrir ;
• Appuyer sur Ctrl + O.
• Cliquer sur l’icone
;
• Sélectionner File\ Save ou
appuyer sur Ctrl + S ;
• Sélectionner File\ Save As ou
appuyer sur Ctrl +Shift + S.
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30
Starting HYSYS
Création d’un fichier
 Créez un fichier et appelez le « IAP_Hysys_mois_année »
 Enregistrez le fichier sur le bureau dans un dossier nommé : Hysys_annéemoisjour_IAP
Simulation Aspen HYSYS
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31
 ENVIRONEMENT
de Simulation
32
Quick Access Toolbar
Contextual Ribon Tabs
Ribon
(ruban)
Environnements
Navigation
Pane
Onglet(s) :
Ouvrir page
sélectionnée
Zoom
Status Window
Trace Window
33
ENVIRONEMENT
Tout les éléments nécessaires pour définir les propriétés
physiques des éléments d’entrées
Construire/exécuter des procédés, Examiner/Analyser les
résultats
Ruban (Ruban) :
 Opérations et fonctions clés sont organisées
dans la section ruban.
 Ruban distinct pour chaque environnement,
 Organiser en zone
34
 PROPERTIES
35
Properties
Dossiers
Description
Component Lists
L’utilisateur sélectionne les constituants purs qui
forment le mélange.
Fluid Packages
L’utilisateur choisi un modèle thermodynamique
selon le mélange créé.
Petrolium Assays
L’utilisateur caractérise, ici, une huile
ou un brut à partir des données
expérimentales (TBP, ASTM, kuop……)
Oil Manager
Reaction
Simulation Aspen HYSYS
Si l’utilisateur veut installer dans la page de
simulation un réacteur, il doit créer et
caractériser, d’abord, cette réaction dans la
page Reaction.
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Properties
Dossiers
Description
Hypotheticals
L’utilisateur peut créer des constituants hypothétiques qui seront
ajoutés, par la suite, à la liste des constituants.
Simulation Aspen HYSYS
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1. COMPONENT
LISTS
38
Component List
1
Créer une nouvelle
liste de constituants
2
Simulation Aspen HYSYS
Importer une liste existante
École de Boumerdès
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Component List
Choisir le type
du Constituant
(Pure ou Hypo)
Liste de constituants
Ajouter à la liste le
constituant sélectionné
Remplacer le constituant
sélectionné dans la liste
« Component » par le
constituant sélectionné
dans la base de
données.
Simulation Aspen HYSYS
Constituants de
la base de
données.
Supprimer le
constituant
sélectionné
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40
Component Lists
Création des listes
Liste 1 :
 Nom : Liste_01
 Constituants : Méthane, Éthane, Propane, i_butane, n_butane, i_pentane,
n_pentane.
Simulation Aspen HYSYS
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41
Component Lists
Création des listes
Liste 1 :
 A la même liste, utiliser « Search for » et « Search by » pour rajouter ces
constituants :
 Search by
 Formula : CO2
 Full Name : Water
 Simulation name : H2S, Nitrogen
Simulation Aspen HYSYS
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42
Component Lists
Création des listes
Liste 1 :
 Réorganiser la liste comme suit:
Simulation Aspen HYSYS
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
 Enregistrer sous « Liste_01 »
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Component Lists
Création des listes
Liste 2 : Sélectionner les constituants suivants:
• CO, CO2, H2, N2.
Simulation Aspen HYSYS
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44
Component Lists
Création des listes
 Utiliser « filter » pour ajouter ces constituants : METHANOL,
1BUTANOL, DIM-ETHER.
 Enregistrer sous « Liste_02 »
Simulation Aspen HYSYS
45
2. FLUID
PACKAGES
Property Package + Component List = Fluid Package
46
Fluid Package
Les modèles thermodynamiques sont souvent utilisés pour la détermination des propriétés
thermodynamiques et volumiques ainsi que l’état des composants purs et des mélanges.
Parmi les modèles thermodynamiques existants, on cite:
Simulation Aspen HYSYS
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Fluid Package
Les modèles thermodynamiques sont souvent utilisés pour la détermination des propriétés
thermodynamiques et volumiques ainsi que l’état des composants purs et des mélanges.
Parmi les modèles thermodynamiques existants, on cite:
• Modèles basés sur les équations d’état.
• Modèles d’activité.
• Modèles hétérogènes.
Simulation Aspen HYSYS
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Fluid Package
Dans la page « Fluid Pkgs », l’utilisateur peut choisir entre les modèles suivants:
Classes
EOSs
Les équations d’état.
Activity models
Les modèles d’activité.
Chao seader
modèles
Les méthodes semi- empiriques de
Chao Seader.
Vapour pressure
models
Les modèles de pression de vapeur.
Miscellaneous
type.
Les modèles qui ne sont pas affichés
catégorisables dans les 4 catégories
précédentes.
Simulation Aspen HYSYS
49
Fluid Package
Equations d’état :
Cette classe de modèles thermodynamiques se base sur une seule équation d’état pour représenter le
comportement des deux phases : vapeur et liquide
Simulation Aspen HYSYS
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50
Fluid Package
Equations d’état.
Cette classe de modèles thermodynamiques se base sur une seule équation d’état pour représenter le
comportement des deux phases : vapeur et liquide
• Gaz parfait.
• PENG ROBINSON;
• SOAVE REDLICH KWONG;
• LEE KESLER PLOCKER.
• KABADI DANNER;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
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Equations d’état
Fluid Package
Cette classe de modèles thermodynamiques se base sur une seule équation d’état pour représenter le
comportement des deux phases : vapeur et liquide
f iV  f i L
Avec
fiV  iV yi P
fi L  iL xi P
fi
: Fugacité du constituant i dans la
phase vapeur.
fi
L
: Fugacité du constituant i dans la
phase liquide.
V
: Coefficient de fugacité du constituant i
i
dans la phase vapeur.
L
: Coefficient de fugacité du constituant i
i
dans la phase liquide.


Xi , Yi : Fraction molaire du constituant i dans
la phase liquide et vapeur respectivement.
P
Simulation Aspen HYSYS
V
: Pression du système.
École de Boumerdès
52
Equations d’état
Fluid Package
P
RT
a
 2
v  b v  2bv  b2
Où
P : la pression du système ;
T : la température,
 : le volume molaire du gaz.
On y reconnaît un terme de répulsion, qui prend en compte le volume propre des molécules à l’aide du
paramètre b, ou covolume, d’une part, et un terme d’attraction, ou pression interne, qui est exprimé par le
paramètre a.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
53
Equations d’état
Fluid Package
Le calcul de la fugacité est effectué à partir de la relation suivante :
Avec
Et
 A
A
ln i   ln( Z  B)  ( Z  1) Bi 
( Ai  Bi ) ln 
 A
2 2B

aP
bP
A
B
2
 RT 
RT
a   xi x j  ai a j 
n
i
n
j
0.5
1  k 
ij




2 1 B 

2 1 B 

n
b   xi bi
i
Les termes Ai et Bi sont données par :

1  0.5 n
0.5
Ai   2ai  x j a j 1  kij  
a
j

Simulation Aspen HYSYS
bi
Bi 
b
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54
Equations d’état
Fluid Package
Le calcul de la fugacité se fait à partir de la relation suivante : (suite)
Où :
RTci 

ai  0.457235

2
Pci
RTci
bi  0.077796
Pci

i  1  mi 1  T
0.5
ri

2
mi  0.37646  1.54226wi  0.26992w
2
i
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
55
Equations d’état
Fluid Package
EOS
Description
Kabadi
Danner
Cette équation est une modification de l’équation SRK, elle peut être
utilisée pour améliorer le calcul d'équilibre vapeur-liquide-liquide
pour des systèmes d'hydrocarbure / eau (mélange dilué).
Lee Kesler
Plocker
Ce modèle est une méthode générale pour les substances non
polaires.
MBWR
C’est une version modifiée de l’équation Benedict/Webb/Rubin. Elle
permet de déterminer le comportement thermodynamique de ces
constituants: Ar, CH4, C2H6, C3H8, IC4H10, NC4H10, CO, CO2,
H2, He, N2, O2, Xe.
PR
Cette équation est considérée adéquate pour le calcul d’équilibre
liquide-vapeur des systèmes composés des hydrocarbures.
Les améliorations apportées par Hyprotech à cette équation d’état lui
permettent d’être très fiable pour une variété de système sur un
large domaine de conditions. Elle résout rigoureusement tous les
systèmes composés d’une seule phase, bi phasique ou un système à
trois phases avec haut degré d’efficacité et de précision, et est
applicable sur une grande gamme de conditions.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
56
Equations d’état
Fluid Package
EOS
SRK
Description
Ce modèle peut donner des résultats très proches à ceux fournis par PR, mais son
intervalle d’application est très limité.
Méthode
Temp (°C)
Temp (°F)
P (kPa)
P (psia)
PR
>-271
>-456
<100000
<15000
SRK
>-143
>-225
<35000
<5000
PRSV (Peng robinson
Stryjet Vera)
C'est une modification de PR. Elle permet de faire le calcul d’équilibre pour les
systèmes modérément non idéaux.
Sour PR (Sour SRK)
L'option Sour combine l'équation d'état PR et le Modèle API- Sour de Wilson pour
représenter l'ionisation de l'H2S, CO2 et NH3 dans la phase aqueuse d'eau. Si la
phase aqueuse n'est pas présente, les résultats obtenus sont identiques à ceux qui
sont produits par l’EOS.
Zudkevitch Joffee
Zudkevitch Joffee est une modification du RK. Ce modèle a été amélioré pour une
meilleure prédiction d'équilibre liquide vapeur des systèmes contenant H2.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
57
Fluid Package
Ces modèles sont surtout recommandés pour les solutions non idéales comportant des constituants
polaires (Acides, alcools).
fi  fi
V
fi   yi P
V
Avec
V
i
L
fi L   i xi fi 0 L
fi 0L : Coefficient de fugacité du constituant i dans la phase liquide calculé à l’état de référence.
i
fi
0L
: Coefficient d’activité du constituant i .
 1 p L 
 Pi  exp 
0 Vi dP 
 RT Pi

Simulation Aspen HYSYS
0
0
i
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58
Fluid Package
• UNIQUAC;
• NRTL;
• MARGULES.
• WILSON;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
59
Fluid Package
UNIQUAC (Universal quasi chemical)
L
L
ln  iL  ln  i,combinatoire
 ln  i,résiduel
ln 
Avec
L
i ,combinatoire
z
li   ri  qi    ri  1
2
ln  iL,résiduel
Où les paramètres ri et
constituants. Les termes
Simulation Aspen HYSYS
i z
i
i
 ln
 qi ln
 li 
xi 2
i
xi
Et
n
 x jl j
j 1
z=10


 n
 n  j i , j
 qi 1  ln   j j ,i    n
 j 1
 j 1  

k k, j

k 1







q i représentent, respectivement, les volumes et les surfaces moléculaires des
i
et  sont les fractions volumiques et surfaciques :
i
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60
Fluid Package
UNIQUAC (Universal quasi chemical) (suite)
i 
ri xi
n
 rj x j
i 
j 1
qi xi
n
 qjxj
j 1
Les paramètres binaires dépendent de la température :
 j ,i
Simulation Aspen HYSYS
 u j ,i  ui ,i 
 exp  

RT 

École de Boumerdès
61
Fluid Package
• Le modèle d’activité est recommandé dans le cas des systèmes fortement non idéals comme les systèmes
polaires ou les systèmes chimiques.
• Les méthodes de Chao Seader (CS) et de Grayson Streed (GS) sont très limitées. Elles sont recommandées
pour les systèmes composés principalement d’eau liquide ou de vapeur parce qu'elles comportent des
corrélations spéciales pour cet objectif. CS peut être utilisée pour les mélanges contenant une fraction
d’hydrocarbure léger, tandis que la méthode de GS est recommandée pour les systèmes contenant une forte
concentration en H2.
• Les méthodes de pression de vapeur (Antoine, Braun K 10 et Esso Tabular) sont appropriées pour les
systèmes d’hydrocarbure lourd à faible pression. Il n’est pas recommandé de les utiliser dans le calcul d’équilibre
Liq_Vap des systèmes contenant des hydrocarbures légers sous pressions importantes.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
62
Fluid Package
Simulation Aspen HYSYS
63
Fluid Package
Choix d’un modèle
thermodynamique
Importer un modèle
thermodynamique
2
existant
1
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
64
Fluid Package
Création des bases
• Attacher à Liste 1 : L’équation d’état ( Peng Robinson).
Base_01 (HC-PR)
5
4
2
3
1
6
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
65
Fluid Package
Création des bases
• Attacher à Liste 1 : L’équation d’état ( Peng Robinson).
Base_01 (HC-PR)
• Attacher à Liste 1 : Le modèle d’Activité ( Uniquac/ ideal).
Base_0 2 (HC-UNIQ)
• Attacher à Liste 2 : Le modèle d’Activité( Uniquac/ ideal).
Base_03 (POL-UNIQ)
• Attacher à Liste 2 : L’équation d’état ( Peng Robinson).
Base_04 (POL-PR)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
66
3. CALCUL
FLASH
67
CALCUL FLASH
CALCUL FLASH
 Le calcul flash est un calcul itératif pratique pour la détermination des équilibres notamment entre
phases « VLE ».
 Permet la détermination des points de saturation et de tracer les courbes de saturations liquides
vapeurs
Comme pour toutes les opérations unitaires, la
résolution d’un flash nécessite d’effectuer des
bilans de matières et d’énergies et de résoudre les
équilibres thermodynamiques
Représentation simplifiée de l’opération unitaire flash.
68
CALCUL FLASH
Les types de CALCUL FLASH
Type of flash
Specified Variables
Target Variables
T-P
T, P, Zj
V/F; Xj, Yj
Bubble Temp
P, Xj=Zj (liquid)
T
Bubble Press
T, Xj=Zj (liquid)
P
Dew Temp
T, Yj=Zj (vapor)
T
Dew Press
P, Yj=Zj (vapor)
P
V/F-P
V/F, P, Zj
T, Xj, Yj
V/F-T
V/F, T, Zj
P, Xj, Yj
P-H
P, H, Zj
T, Xj, Yj
P-S
P, S, Zj
T, Xj, Yj
Simulation Aspen HYSYS
69
CALCUL FLASH
Courant de matière :
Simulation Aspen HYSYS
70
CALCUL FLASH
Vue générale d’un courant de matière :
Après l’insertion de la composition du flux de
matière, l’utilisateur doit spécifier deux
propriétés parmi les cinq propriétés suivantes :
•Température.
• Pression.
• Fraction vapeur.
• Entropie.
• Enthalpie.
Parmi ces deux propriétés, on doit spécifier au moins une température ou une pression.
Re
Simulation Aspen HYSYS
71
CALCUL FLASH
Remarques:
Si on spécifie la fraction vapeur :
• V/F=0: correspond au calcul de point de bulle.
• V/F=1: correspond au calcul de point de rosée.
• L’utilisateur peut spécifier des fractions comprises entre
0 et 1.
Simulation Aspen HYSYS
72
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple :
A- En utilisant le modèle thermodynamique PR ,
déterminer :
Stream
1
Température
-
Pression
-
Débit molaire (kgmole/hr)
• Température de bulle à P= 5000
kPas.
Simulation Aspen HYSYS
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
École de Boumerdès
73
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple :
Stream
1
Température
-
A- En utilisant le modèle thermodynamique PR , Pression
déterminer :
-
Débit molaire (kgmole/hr)
• Pression de rosée à T= -31.28 °C.
Simulation Aspen HYSYS
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
74
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple:
Stream
1
Température
-
A- En utilisant le modèle thermodynamique PR , Pression
déterminer :
-
Débit molaire (kgmole/hr)
• Fraction vapeur à T= -73 °C et P=
3000 kPas.
Simulation Aspen HYSYS
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
75
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple:
Stream
1
Température
-
A- En utilisant le modèle thermodynamique PR , Pression
déterminer :
-
Débit molaire (kgmole/hr)
• Température du mélange à V/F
=0.35 et P= 3000 kPas.
Simulation Aspen HYSYS
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
76
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple:
Stream
1
Température
-
A- En utilisant le modèle thermodynamique PR , Pression
déterminer :
• Fraction vapeur à T= -20 °C et P=
3000 kPas.
Simulation Aspen HYSYS
-
Débit molaire (kgmole/hr)
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
77
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple:
A- En utilisant le modèle thermodynamique
PR , déterminer :
Stream
1
Température
-
Pression
-
Débit molaire (kgmole/hr)
• Température de bulle à P= 5000
kPas.
• Pression de rosée à T= -31.28 °C.
• Fraction vapeur à T= -73 °C et P=
3000 kPas.
• Température de mélange à V/F
=0.35 et P= 3000 kPas.
• Fraction vapeur à T= -20 °C et P=
3000 kPas.
Simulation Aspen HYSYS
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
École de Boumerdès
78
Exemple
CALCUL FLASH
B. En utilisant le modèle d’activité
Uniquac\Ideal, déterminer :
• Température de bulle à P= 5000 kPas.
• Pression de rosée à T= -31.28 °C.
• Fraction vapeur à T= -73 °C et P= 3000
kPas.
• Température de mélange à V/F =0.35 et
P= 3000 kPas.
• Fraction vapeur à T= -20 °C et P= 3000
kPas.
• Comparer les résultats avec le
modèle thermodynamique PR
Simulation Aspen HYSYS
Stream
1
Température
-
Pression
-
Débit molaire (kgmole/hr)
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
École de Boumerdès
79
Exemple
CALCUL FLASH
C. Tracer l’enveloppe P-T
Stream
1
Température
-
Pression
-
Débit molaire (kgmole/hr)
Composition
Simulation Aspen HYSYS
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
100
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
École de Boumerdès
80
CALCUL FLASH
Exemple
Envelope
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
81
Exemple
CALCUL FLASH
Exemple 2:
A- En utilisant le modèle thermodynamique
Uniquac\Ideal, , déterminer :
• Température de bulle à P= 300
kPas.
• Pression de rosée à T= 65°C.
• Température de mélange à V/F
=0.25 et P= 400 kPas.
• Fraction vapeur à T= 35°C et P=
300 kPas.
Stream
2
Température
-
Pression
-
Débit molaire (kgmole/hr)
100
Composition
0.01
0.02
0.02
0.08
0.42
0.35
0.10
CO
CO2
H2
N2
MeOH
1-Butanol
diM-Ether
B. En utilisant le modèle PR, redéterminer les équilibres précédents.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
82
4. HYPOTHETICAL
83
Hypothetical
Hypothetical ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
84
Hypothetical
1
Hypothetical Manager/Summary
2
Delete group : supprimer le groupe
sélectionné ;
Delete hypo : supprimer le constituant
hypothétique sélectionné ;
Move hypos : déplacer un constituant
hypothétique vers le groupe choisi ;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
85
Hypothetical Manager
Setting
1
2
3
4
5
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
86
• La méthode TwuCritical Property est basée sur le modèle d'équation d'état Twu (1984) .
• Le modèle Extended Critical Property Twu utilise des modifications de Aspen pour les fractions à haut point d'ébullition et
met en œuvre des manipulations spéciales dans la plage Tb <36C et Tb> 625C.
Twu, C.H., «Une corrélation interne cohérente pour la prédiction des propriétés critiques et des poids moléculaires de
pétrole et de liquides lourds», équilibres de phase fluidique, 16, p. 137 (1984).
Le Hypothetical Manager peut etre utilisé en cliquant sur Hypothetical Manager dans le groupe Hypotheticals dans
l'onglet HOME du ruban de l'environnement Propriétés. Le gestionnaire hypothétique vous permet de créer des composants
non-bibliothèques ou hypothétiques. Les composants hypothétiques peuvent être des composants purs, des mélanges
définis, des mélanges indéfinis ou des solides. Vous pouvez également cloner les composants de la bibliothèque HYSYS en
hypothétiques, ce qui vous permet de modifier les valeurs de la bibliothèque.
La fonction Translocate recherche les doublons dans la liste des composants hypothétiques et vous permet de les
supprimer.
Hypothetical
Group Name : nom du groupe crée
qui comportera tous constituants
hypothétiques qui seront créés par la
suite et qui doivent avoir la même
nature
Editer le
constituant
sélectionné
Hypo Group view
Component class : ici, on mentionne la
classe du groupe (Hydrocarbons,
alcohols,…etc), tous les constituants du
même groupe font partie de la même classe
Ajouter un constituant
Créer un nouveau
hypothétique
constituant
hypothétique solide
Supprimer le
constituant Hypo
sélectionné
Clone library comps :
Hysys vous permet de
convertir un
constituant existant
dans la bibliothèque en
un constituant
hypothétique à travers
88
ce bouton.
Hypothetical
Hypo Group view
• Si vous cliquez sur le bouton « Vapour Pressur », les propriétés affichées, qui
peuvent être spécifiées par l’utilisateur ou estimées par le simulateur, sont :
température maximale, température minimale, les coefficients A, B, C, D, E et F qui
permettent le calcul de la pression de vapeur ;
Editer le
constituant
sélectionné
Ajouter un constituant
hypothétique
Créer un nouveau
constituant
hypothétique solide
Supprimer le
constituant Hypo
sélectionné
89
Hypothetical
Estimation Methods : Choisir dans la liste des méthodes existantes, les méthodes à
utiliser pour l’estimation de toutes les propriétés de ce constituant (NBP, MW, LiqDensity,
Tc, Pc, Vc, Acentricity….).
UNIFAC : A partir de ce bouton, vous accédez à « Unifac
Component Builder » dans lequel vous utilisez « Unifac
Structur » afin d’améliorer l’estimation.
90
Hypothetical
2 Ajouter le sub-Group sélectionné
La structure est
correcte lorsque le
nombre de liaisons
libres est égal à
« 0 ».
1 Sélectionner un
sub-Group
Cette méthode
permet de calculer
les propriétés
critiques en
estimant la
contribution de
chaque groupe
dans le calcul de ces
paramètres.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
91
Hypothetical
Estimate unknown Props : avec ce bouton,
vous pouvez estimer les propriétés inconnues
pour tous les constituants hypothétiques
figurants dans le groupe créé.
Estimation Methods : Choisir dans la
liste des méthodes existantes, les
méthodes à utiliser pour l’estimation de
toutes les propriétés de ce constituant
(NBP, MW, LiqDensity, Tc, Pc, Vc,
Acentricity….).
UNIFAC : A partir de ce bouton, vous accédez à « Unifac
Component Builder » dans lequel vous utilisez « Unifac
Structur » afin d’améliorer l’estimation.
92
Hypothetical
Minimum d’informations
Température d’ébullition
normale (NBP)
si cette température est
inférieure à 700 °F
Simulation Aspen HYSYS
+ Température
d’ébullition normale
(NBP)
+ Masse volumique
(Liquid Density)
si la NBP est supérieure
à 700 °F
+ Masse volumique
(Liquid Density : API)
+ Poids moléculaire,
si la NBP est inconnue.
École de Boumerdès
93
Hypothetical
2
1
4
3
5
6
Ajouter tout le groupe
Hypo
Ajouter le constituant
Hypo sélectionné
Supprimer le
constituant Hypo
sélectionné dans la
liste
Simulation Aspen HYSYS
Supprimer le
constituant Hypo
sélectionné
5
École de Boumerdès
94
Hypothetical
1
2
Double clic
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
95
Hypothetical
Exemple 1: Création d’un Ethanol-Hypo
Création d’un « ethanol_hypo-groupe »;
Changer la classe « Component Class » à Alcohol ;
1
2
4
3
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
96
Hypothetical
Exemple 1: Création d’un Ethanol-Hypo
 Renommer le nouveau groupe « ethanol_hypo-groupe »;
 Changer la classe « Component Class » à Alcohol ;
1- Créer le constituant « ethanol_hypo1 »
• Est il possible d’estimer les propriétés de
« ethanol_hypo1 » sachant que la NBP
(Normal Boiling Point) est égale à 78.25 °C ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
97
Hypothetical
Exemple 1: Création d’un Ethanol-Hypo
 Renommer le nouveau groupe « ethanol_hypo-groupe »;
 Changer la classe « Component Class » à Alcohol ;
1- Créer le constituant « ethanol_hypo1 »
• Est il possible d’estimer les propriétés de
« ethanol_hypo1 » sachant que la NBP
(Normal Boiling Point) est égale à 78.25 °C ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
98
Hypothetical
Exemple 1: Création d’un Ethanol-Hypo
2- Créer le constituant « ethanol_hypo2 »
• Dans la cellule NBP (Normal Boiling Point) introduisez la valeur 78.25 °C
• Spécifier la masse volumique à 787.41 Kg/m3 dans « Liq Density »
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
99
Hypothetical
Exemple 1: Création d’un Ethanol-Hypo
3- Créez un nouveau constituant « ethanol_hypo3 » en introduisant les spécifications suivantes:
• NBP = 78.25 °C
• Masse volumique = 787.41 Kg/m3
• Structure chimique: CH3-CH2-OH
100
Hypothetical
Exemple 1: Création d’un Ethanol-Hypo
3- Créez un nouveau constituant « ethanol_hypo3 » en introduisant les spécifications suivantes:
• NBP = 78.25 °C
• Masse volumique = 787.41 Kg/m3
• Structure chimique: CH3-CH2-OH
101
Hypothetical
4- Créer un nouveau constituant « ethanol_hypo4 » en introduisant les spécifications suivantes:
• NBP = 78.25 °C
• Masse volumique = 787.41 Kg/m3
• Structure chimique: CH3-CH2-OH
• Tc = 240.75C
• Pc = 6417 kPas
• Vc = 0.16708 m3/kgmol
• Ac = 0.64437
102
Hypothetical
4- Créer un nouveau constituant « « ethanol_hypo4 » en introduisant les spécifications suivantes:
• NBP = 78.25 °C
• Masse volumique = 787.41 Kg/m3
• Structure chimique: CH3-CH2-OH
• Tc = 240.75C
• Pc = 6417 kPas
• Vc = 0.16708 m3/kgmol
• Ac = 0.64437
Lequel de ces constituants approche le mieux l’éthanol ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
103
Hypothetical
4- Créer un nouveau constituant « « ethanol_hypo4 » en introduisant les spécifications suivantes:
• NBP = 78.25 °C
• Masse volumique = 787.41 Kg/m3
• Structure chimique: CH3-CH2-OH
• Tc = 240.75C
• Pc = 6417 kPas
• Vc = 0.16708 m3/kgmol
• Ac = 0.64437
5- Établir les enveloppes d’équilibre pour chaque constituant en utilisant le modèle thermodynamique « ? »
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
104
Hypothetical
5- Établissez les enveloppes d’équilibre pour chaque constituant en utilisant le modèle thermodynamique
UNIQUAC-Ideal.
Quelle est l’enveloppe la plus proche de celle fournie par le constituant de référence « Ethanol »
de la basse de données de Hysys ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
105
106
Hypothetical
Exemple 2:
Simuler et déterminer la charge suivante
On donne : T= 86 F, P=1000 Psia, F=2745 lbmole/h et la composition:
Déterminer :
H?
S?
V/F ?
Simulation Aspen HYSYS
Nitrogen
CO2
H2S
Methane
Ethane
Propane
i-Butane
n-Butane
i-Pentane
n-Pentane
n-Hexane
C7+
H2O
0,0016
0,0413
0,0172
0,8692
0,0393
0,0093
0,0026
0,0029
0,0014
0,0012
0,0018
0,0072
0,0050
École de Boumerdès
107
Hypothetical
Exemple 2: Création de C7+
• Créer un mélange qui comporte les constituants suivants :
N2, H2S, CO2, H2O C1, C2, C3, iC4, nC4, iC5, nC5, C6.
• Créer un constituant hypothétique et le renommer C7+ ;
• Pour calculer les propriétés de ce constituant, introduire la valeur de
110°C comme NBP;
• Ajouter ce constituant au mélange précédent;
• Entrez dans la page de simulation et déterminer la charge.
On donne : T= 86 F, P=1000 Psia, F=2745 lbmole/h et la composition:
Donner les valeurs de H, S et V/F.
Nitrogen
CO2
H2S
Methane
Ethane
Propane
i-Butane
n-Butane
i-Pentane
n-Pentane
n-Hexane
C7+
H2O
0,0016
0,0413
0,0172
0,8692
0,0393
0,0093
0,0026
0,0029
0,0014
0,0012
0,0018
0,0072
0,0050
108
Exemple 3 :
 En utilisant SRK, Calculez
la température de rosée
à 400 Psig pour les
différentes compositions.
 Commentez les résultats.
109
SIMULATION
110
Simulation
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
111
Simulation
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
112
Simulation
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
113
Simulation
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
114
III. OPÉRATIONS
UNITAIRES
115
III. OPÉRATIONS UNITAIRES
Présentation générale d’une opération unitaire
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
116
III. OPÉRATIONS UNITAIRES
Présentation générale d’une opération unitaire
Page à onglet
Description
Design
Connexion des alimentations et des produits à l’opération unitaire.
Autres paramètres comme la chute de pression, le flux d’énergie et la méthode de
résolution peuvent être spécifiés dans les différentes pages de cette page à onglet.
Rating
L’ évaluation et le dimensionnement des équipements peuvent être donnés à travers
cette page. Ces données ne sont pas toujours nécessaires pour le calcul en mode
stationnaire.
WorkSheet
Comporte les conditions, les propriétés et la composition de tous les flux
(alimentations, produits) attachés à l’opération unitaire.
Dynamics
Comporte les paramètres nécessaires pour la simulation en mode dynamique.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
117
III. OPÉRATIONS UNITAIRES
Présentation générale d’une opération unitaire
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
118
III. OPÉRATIONS UNITAIRES
PIPING
EQUIPEMENT
119
PIPING EQUIPEMENT
1. Mixer/Collecteur
120
PIPING EQUIPEMNETS
1.Mixer/Collecteur
Bilan de matière global
n
Fs  F1  F2  ...  Fn   Fi
i 1
Bilan de matière partiel
n
Fs Z s , j  F1Z1, j  F2 Z 2, j  ...  Fn Z n, j   Fi Zi , j
i 1
La résolution des bilans de matière permet de déterminer le débit et la composition
de sortie (ou une des entrées).
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
121
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
n
H s  H1  H 2  ...  H n   H i
i 1
La résolution de cette dernière équation permet de déterminer la température
de sortie (ou une des températures des flux d’alimentation).
Remarque : l’utilisateur peut choisir, pour fixer la valeur de pression à la sortie,
entre :
• La pression de sortie égale à la pression la plus faible des flux d’alimentation
(set outlet to lowest inlet) ;
• Toutes les pressions sont identiques (equalize all) ;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
122
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
Différents flux d’alimentation
Nom du collecteur
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
123
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
Différents flux d’alimentation
Sortie unique
Nom du collecteur
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
124
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
Feed1
Temp (C)
Pression (Kpas)
En utilisant les données suivantes, déterminez les
propriétés de la sortie :
•
•Property Package : Peng Robinson ;
• Components : C1,C2,C3,i-C4,n-C4,i-C5,n-C5,n-C6,n-C7 et
n-C8.
FEED1
Débit (Kgmole/hr)
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
N_C7
N_C8
Feed2
10
-20
4100
4100
35
2
0.19
0.15
0.10
0.10
0.11
0.08
0.09
0.09
0.05
0.04
0.25
0.21
0.15
0.11
0.13
0.05
0.07
0.02
0.005
0.005
FEED2
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
125
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
• Calculez la sortie en utilisant l’option « Equalize All »;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
126
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
• Calculez la sortie en utilisant l’option « Equalize All »;
• Refaites le travail en utilisant l’option « Set Outlet to Lowest Inlet »;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
127
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
• Calculez la sortie en utilisant l’option « Equalize All »;
• Refaites le travail en utilisant l’option « Set Outlet to Lowest Inlet »;
• Si vous travaillez avec l’option « Equalize All », quel est le minimum d’informations qu’il faut connaître sur les
pressions d’alimentations ?
.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
128
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
• Calculez la sortie en utilisant l’option « Equalize All »;
• Refaites le travail en utilisant l’option « Set Outlet to Lowest Inlet »;
• Si vous travaillez avec l’option « Equalize All », quel est le minimum d’informations qu’il faut connaître sur les
pressions d’alimentations ?
• Quel doit être ce nombre, si vous travaillez avec l’option « Set Outlet to Lowest Inlet » ?;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
129
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
• Calculez la sortie en utilisant l’option « Equalize
All »;
Feed1
Temp (C)
• Refaites le travail en utilisant l’option « Set Outlet
to Lowest Inlet »;
Pression (Kpas)
• Si vous travaillez avec l’option « Equalize All »,
quel est le minimum d’informations qu’il faut
connaître sur les pressions d’alimentations ?
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
N_C7
N_C8
• Quel doit être ce nombre, si vous travaillez avec
l’option « Set Outlet to Lowest Inlet »;
• Utiliser une valeur de 4000 kpas comme pression
de l’alimentation « Feed2 » et essayer de
comprendre le message d’erreur fourni par le
simulateur (utilisez l’option Equalize All);
Débit (Kgmole/hr)
Feed2
10
-20
4100
4000
35
2
0.19
0.15
0.10
0.10
0.11
0.08
0.09
0.09
0.05
0.04
0.25
0.21
0.15
0.11
0.13
0.05
0.07
0.02
0.005
0.005
130
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
• Calculez la sortie en utilisant l’option « Equalize All »;
• Refaites le travail en utilisant l’option « Set Outlet to Lowest Inlet »;
• Si vous travaillez avec l’option « Equalize All », quel est le minimum d’informations qu’il faut connaître sur les
pressions d’alimentations ?
• Quel doit être ce nombre, si vous travaillez avec l’option « Set Outlet to Lowest Inlet »;
• Utilisez une valeur de 4000 kpas comme pression de l’alimentation « Feed2 » et essayez de comprendre le
message d’erreur fourni par le simulateur (utilisez l’option Equalize All);
• Quelle est donc, l’option recommandée, si les pressions dans les flux d’alimentations ne sont pas identiques ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
131
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
Exemple 2 :
Feed1
Temp (C)
Utiliser les données suivantes et
déterminez les propriétés de
l’alimentation « Feed2 » :
• Property Package : Peng Robinson ;
• Components : C1,C2,C3,i-C4,n-C4.
Simulation Aspen HYSYS
Out mixer
25
38.22
Pression (Kpas)
6000
6000
Débit (Kgmole/hr)
100
150
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.4667
0.1733
0.1867
0.1067
0.0667
École de Boumerdès
132
PIPING EQUIPEMENT
1.Mixer/Collecteur
Exemple 2 :
Utiliser les données suivantes et
déterminez les propriétés de
l’alimentation « Feed2 » :
• Property Package : Peng Robinson ;
• Components : C1,C2,C3,i-C4,n-C4.
FEED1
Feed1
Temp (C)
Out mixer (equalize all)
25
38.22
Pression (Kpas)
6000
6000
Débit (Kgmole/hr)
100
150
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.4667
0.1733
0.1867
0.1067
0.0667
Out mixer
FEED2
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
133
2.Stream Saturator
PIPING EQUIPEMENT
Exemple :
déterminez la teneur en eau à la
saturation dans les conditions indiquées
sur le tableau .
Température (C )
27
Pression (Kpas )
6000
Débit molaire (kgmole/hr)
100
Composition
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
H2O
0.00100
0.02840
0.01550
0.89890
0.03100
0.01480
0.00590
0.00300
0.00100
0.00050
0.00000
Déterminez la saturation si la temperature est de 60 ° C.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
134
PIPING EQUIPEMENT
3. TEE
135
PIPING EQUIPEMENT
3. TEE
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
136
PIPING EQUIPEMENT
3. TEE
Bilan de matière global
n
Fe  F1  F2  ...  Fn   Fi
Te  T1  T2  ...  Tn
i 1
Pe  P1  P2  ...  Pn
On définit
Fn
F1
F2
r1  , r2  ,....rn 
Fe
Fe
Fe
Donc, on peut écrire :
Fe  r1Fe  r2 Fe  ...  rn Fe
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
137
PIPING EQUIPEMENT
3. TEE
Pour déterminer la composition
Fe Ze, j  r1Fe Z1, j  r2 Fe Z 2, j  ...  rn Fe Z n, j
Où
Ze, j  r1Z1, j  r2 Z 2, j  ...  rn Z n, j
Pour définir un Tee, il faut fixer (n-1) Fi ou (n-1) ri et le HYSYS nous détermine les
propriétés de la sortie (ou l’entrée) inconnue.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
138
PIPING EQUIPEMENT
Installation d’un TEE:
3. TEE
Nom du TEE
Une seule alimentation
Les différents produits de
TEE sont introduits dans
OUTLETS
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
139
PIPING EQUIPEMENT
Installation d’un TEE (suite) :
3. TEE
N-1 ratios (ri) sont a
spécifier.
Les taux de répartition
des débits de sortie (ri)
sont renseignés dans
Design\ Parameters
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
140
PIPING EQUIPEMENT
3. TEE
La répartition des
débits de sortie (ri)
est spécifiée dans
Design\Paramètres
L’utilisateur peut fixer directement
les débits de (n-1) produits à
travers le Worksheet.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
141
PIPING EQUIPEMENT
3. TEE
Feed
Utiliser les données
suivantes et déterminer
Temp (C)
les propriétés des flux de
Pression (Kpas)
sortie :
Débit (Kgmole/hr)
100
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
0.30
0.20
0.15
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
• Property Package :
Peng Robinson ;
• Components : C1, C2,
C3, i-C4, n-C4, i-C5,
n-C5, n-C6.
Simulation Aspen HYSYS
25
454.7
École de Boumerdès
142
PIPING EQUIPEMENT
4. Valve
143
PIPING EQUIPEMENT
4. VALVE
Rôle de la vanne ?
Type de transformation ?
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
144
PIPING EQUIPEMENT
4. VALVE
Lecture des données
 Zi, T1, P1
 P2
Calcul de H(T1,P1)
La vanne permet de réaliser
une détente isenthalpique.
Estimation de T2
H T1 , P1   H T2 , P2 
Calcul de H(T2,P2)
Estimer une nouvelle T2.
H(T1,P1)=
H2(T2,P2)
Simulation Aspen HYSYS
Afficher les résultats.
École de Boumerdès
145
PIPING EQUIPEMENT
4. VALVE
Nom de l’alimentation
Perte de charge à travers la
vanne
Simulation Aspen HYSYS
Nom de la sortie
Pour le calcul d’une vanne, il est nécessaire de
spécifier soit :
• la perte de charge,
• ou la pression de sortie.
• ou la température de sortie
École de Boumerdès
146
PIPING EQUIPEMENT
4. VALVE
Feed
Utiliser les données suivantes et déterminer les propriétés de la sortie :
• Property Package : Peng Robinson ;
• Components : C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5,n-C5,n-C6.
• Delta P= 1500 kPas
Simulation Aspen HYSYS
Temp (C)
50
Pression (Kpas)
2000
Débit (Kgmole/hr)
100
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
0.30
0.20
0.15
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
École de Boumerdès
147
PIPING EQUIPEMENT
4. VALVE
Feed
Utiliser les données suivantes et déterminer les propriétés de la sortie :
• Property Package : Peng Robinson ;
• Components : C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5,n-C5,n-C6.
• Delta P= 1500 kPas
Temp (C)
Pression (Kpas)
2000
Débit (Kgmole/hr)
100
C1
C2
C3
Refaire le calcul de l’exemple précédant en utilisant comme spécification: I_C4
N_C4
• Pression de sortie = 600 kPas.
I_C5
N_C5
N_C6
Simulation Aspen HYSYS
50
0.30
0.20
0.15
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
École de Boumerdès
148
PIPING EQUIPEMENT
4. VALVE
Feed
Utiliser les données suivantes et déterminer les propriétés de la sortie :
• Property Package : Peng Robinson ;
• Components : C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5,n-C5,n-C6.
• Delta P= 1500 kPas
Refaire le calcul de l’exemple 1 en utilisant comme spécification:
Temp (C)
50
Pression (Kpas)
2000
Débit (Kgmole/hr)
100
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
0.30
0.20
0.15
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
• Température de sortie = 3 °C.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
149
PIPING EQUIPEMENT
5. Relief Valve
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
150
PIPING EQUIPEMENT
Soupapes de sécurité
5. Relief Valve
Soupape de sécurité
- conventionnelle -
151
PIPING EQUIPEMENT
5. Relief Valve
Soupapes de sécurité
Soupape de sécurité
— Avec levier de manœuvre —
( circuit vapeur d’eau)
152
PIPING EQUIPEMENT
5. Relief Valve
Soupapes de sécurité
Soupape de sécurité
— Équilibrée à soufflet —
153
PIPING EQUIPEMENT
5. Relief Valve
4. Relief Valve / Design / Connections
Elle est très utilisée dans l’industrie,
elle est souvent installée pour
éviter une situation dangereuse due
essentiellement à l’augmentation de la
pression.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
154
PIPING EQUIPEMENT
5. Relief Valve
4. Relief Valve / Design / Parameters
Elle est très utilisée dans l’industrie,
elle est souvent installée pour
éviter une situation dangereuse due
essentiellement à l’augmentation de la
Full Open Pressure : la
pression.
pression à laquelle la vanne est
complètement ouverte.
Set pressure: la pression à
laquelle la vanne commence
à s’ouvrir.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
155
PIPING EQUIPEMENT
4. Relief Valve
5. Relief Valve
La capacité calorifique est calculée en utilisant
une valeur Cv rigoureuse chaque fois que
HYSYS le peut.
Semi-ideal :
Cp/(Cp-R)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
156
PIPING EQUIPEMENT
5. Relief Valve
HEM (Homogeneous Equilibrium Method):
• Les équations utilisées avec cette option • Cette méthode peut être utilisée pour
sont basées sur la méthode d'équilibre
tous les scénarios de décharge en deux
homogène, qui suppose que le mélange
phases.
fluide se comporte comme un fluide •Hysys recommande l'utilisation de HEM
pseudo-monophasé,
c'est-à-dire
sans lors de la modélisation de flux à deux
conditions de glissement et équilibre phases en mode Dynamics.
thermique entre chacune des phases.
158
Ref : Leung J. C, “Easily Sised Relief Devices and Piping for Tow Phase Flow”, Chemical Engineering Progress, p.28 1996.
5. Relief Valve
PIPING EQUIPEMENT
Les propriétés du flux d’alimentation « inRV » sont les
suivantes :
• Property package : Peng Robinson ;
• Component : H2O ;
• Conditions :
outRV
inRV
1
-
1000
500
Débit (Kg/hr)
1
-
H2O
1
-
V/F
Pression (Kpas)
Les propriétés de la vanne sont:
• Opening pressure: 1500 kPas;
• Full Open Pressure : 2000 kPas.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
159
5. Relief Valve
PIPING EQUIPEMENT
Les propriétés du flux d’alimentation « inRV » sont les
suivantes :
• Property package : Peng Robinson ;
• Component : H2O ;
• Conditions :
outRV
inRV
1
-
1000
500
Débit (Kg/hr)
1
-
H2O
1
-
V/F
Pression (Kpas)
Les propriétés de la vanne sont:
• Opening pressure: 1500 kPas;
• Full Open Pressure : 2000 kPas.
Vérifier que :
• Si P d’alimentation > P (Opening Pressure), la vanne est ouverte « valve is open » ;
• Si P d’alimentation < P(Opening Pressure), la vanne est fermée « Material Flows Into Closed Relief Valve » et
cela veut dire que la pression du fluide n’est pas suffisamment importante pour que la vanne s’ouvre.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
160
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
(Segment de pipe)
161
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment (Segment de pipe)
Échange de chaleur
avec le milieu extérieur
T2, P2
H2

T1, P1
H1
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
162
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Le Segment de Pipe est utilisé pour simuler les systèmes de pipes existants dans les installations (réseaux de
canalisation) par une estimation rigoureuse de perte de charge et de transfert de chaleur.
Échange de chaleur
avec le milieu extérieur
T2, P2
H2
Résolution simultanée du système
d’équations:
dP
 Corrélation
dL
dH
 Bilan thermique
dL

T1, P1
H1
Simulation Aspen HYSYS
La corrélation est une fonction du nombre
de Reynolds et de la nature du fluide.
École de Boumerdès
163
PIPING EQUIPEMENT
Simulation Aspen HYSYS
6. Pipe Segment
École de Boumerdès
164
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
L’opération « Pipe Segment » offre trois modes essentiels de calcul :
• Calcul de perte de charge (Pressure Drop) ;
• Calcul de la longueur du pipe (Length) ;
• Calcul de débit (Flow)
• Calcul du diamètre
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
165
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Mode 1 : Perte de Charge
Si le flux d’alimentation (Feed) et de sortie (Product) sont attachés à une conduite,
les informations suivantes doivent être spécifiées par l’utilisateur :
• Débit (Flow) ;
• Longueur de la conduite (Length), diamètre (Diameter) et l’élévation (Elevation) ;
• Le flux de chaleur échangée avec le milieu extérieur (Heat transfer information) ;
• Au moins la température et la pression d’un flux.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
166
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Mode 2 : Longueur du pipe
Les informations suivantes sont exigées :
• Débit (Flow) ;
• Le flux de chaleur échangée avec le milieu extérieur
(Heat transfer information) ;
• Diamètre de pipe ;
• Pression d’entrée et de sortie (ou une pression et la
perte de charge) ;
• Température d’un seul flux (alimentation ou sortie) ;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
167
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Mode 3 : Débit
Les informations suivantes sont nécessaires :
• Longueur de la conduite et son diamètre ;
• La chaleur transférée ;
• Pression d’entrée et de sortie (ou une pression +
Perte de charge) ;
• Température à une des deux extrémités (entrée
ou sortie) ;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
168
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Mode 4 : Diamètre
Les informations suivantes sont nécessaires :
• Longueur de la conduite;
• La chaleur transférée ;
• Pression d’entrée et de sortie (ou une pression +
Perte de charge) ;
• Température à une des deux extrémités (entrée
ou sortie) ;
•Le débit.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
169
6. Pipe Segment
PIPING EQUIPEMENT
Nom du segment
Nom de l’alimentation
du pipe
Nom de la sortie du pipe
Fluid package
Simulation Aspen HYSYS
Nom du flux d’énergie échangée avec le
milieu extérieur.
École de Boumerdès
170
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
La perte de charge et la quantité d’énergie échangée avec le
milieu extérieur peuvent être spécifiées dans Design\Parameters.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
171
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Paramètres de calcul
• la tolérance exigée dans le calcul de
la température, de la pression et de
l’énergie.
• Des paramètres initiaux pour le
calcul de la longueur du pipe et le flux
d’alimentation.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
172
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
• L’utilisateur peut choisir entre une
conduite (Pipe) et une singularité
(Fitting).
• À travers cette page, il peut créer
(Append segment), insérer (Insert
segment), supprimer (Delete),
éditer (View) un segment. Le
bouton « Clear Profile » permet de
supprimer tous les segments.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
173
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
• L’utilisateur peut choisir entre une
conduite (Pipe) et une singularité
(Fitting).
• À travers cette page, il peut créer
Dimensions des pipes.
(Append segment), insérer (Insert
segment), supprimer (Delete),
éditer (View) un segment. Le
bouton « Clear Profile » permet de
supprimer tous les segments.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
174
6. Pipe Segment
PIPING EQUIPEMENT
On donne les propriétés de l’alimentation:
Feed
Propriétés du segment :
Fitting/ Pipe
Pipe
Elbow:45Std
pipe
Temp (C)
50
Longu (m)
100
-
100
P (Kpas)
6000
Elevat (m)
0
-
1
F
(Kgmole/hr)
1000
OD (mm)
104.2
-
104.2
ID (mm)
102.0
102.0
102.0
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
0.20
0.30
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
Material
Mild Steel
Mild Steel
Mild Steel
5
1
5
Duty = 5000 kJ/hr
Simulation Aspen HYSYS
increment
Déterminer :
• Température de sortie;
• Pression de sortie;
• Chute de pression à travers le segment.
École de Boumerdès
176
6. Pipe Segment
PIPING EQUIPEMENT
Le même flux alimente un segment de pipe sous les conditions:
Feed
Feed
Product
Temp (C)
50
Température (C)
50
?
Pre (Kpas)
?
Pression (Kpa)
?
5000
F
(Kgmole/hr)
1000
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
0.20
0.30
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
Simulation Aspen HYSYS
Débit (Kgmole/hr)
1000
Déterminer la pression d’entrée ainsi que
la température de sortie sachant que:
Duty (kJ/hr)
5000
Fitting/ Pipe
Pipe
Longueur (m)
200
Elevation (m)
0
OD (mm)
104.2
ID (mm)
102.0
Material
Mild Steel
increment
5
École de Boumerdès
177
6. Pipe Segment
PIPING EQUIPEMENT
Le même flux de matière alimente un troisième segment de pipe sous les conditions:
Feed
Feed
Temp (C)
50
Pre (Kpas)
6000
Pression (Kpa)
F
(Kgmole/hr)
1000
Débit (Kgmole/hr)
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
0.20
0.30
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
Simulation Aspen HYSYS
Température (C)
Product
50
6000
5500
1000
Déterminer la longueur du pipe sachant que:
Duty (kJ/hr)
1200
Fitting/ Pipe
Pipe
Longueur (m)
?
Elevation (m)
0
OD (mm)
104.2
ID (mm)
102.0
Material
Mild Steel
increment
5
École de Boumerdès
178
6. Pipe Segment
PIPING EQUIPEMENT
Un autre flux de matière qui à la même composition alimente un segment de pipe sous les conditions:
Feed
Temp (C)
50
Pre (Kpas)
Température (C)
Pression (Kpa)
F
(Kgmole/hr)
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Feed
?
0.20
0.30
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
Simulation Aspen HYSYS
Débit (Kgmole/hr)
Product
50
6000
5500
?
Déterminer le débit traversant la conduite
sachant que:
Duty (kJ/hr)
3000
Fittinf/ Pipe
Pipe
Longueur (m)
500
Elevation (m)
0
OD (mm)
104.2
ID (mm)
102.0
Material
Mild Steel
increment
5
École de Boumerdès
179
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Calcul du diamètre
Le flux de matière « Feed » alimente un segment de pipe sous les conditions:
Feed
Température (C)
Product
50
Pression (Kpa)
6000
Débit (Kgmole/hr)
1000
5500
Feed
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Déterminez le Diamètre du
pipe sachant que:
0.20
0.30
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
Duty (kJ/hr)
1200
Fitting/ Pipe
Pipe
Longueur (m)
800
Elevation (m)
0
OD (mm)
ID (mm)
Material
increment
Mild Steel
5
180
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Le même flux de matière ainsi que les mêmes dimensions du segment utilisés dans l’exemple 1 seront utilisés
dans cet exemple. La page Heat Transfer nous permet de calculer la quantité d’énergie échangée avec le milieux
extérieur en utilisant trois options selon les données disponibles :
1. Calculer la quantité d’énergie à partir de
la température ambiante et le coefficient
de transfert de chaleur global.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
181
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
Le même flux de matière ainsi que les mêmes dimensions du segment utilisés dans l’exemple 1 seront utilisés
dans cet exemple. La page Heat Transfer nous permet de calculer la quantité d’énergie échangée avec le milieux
extérieur en utilisant trois options selon les données disponibles :
2. Calculer la quantité d’énergie en spécifiant :
• La température ambiante
• Le coefficient de transfert de chaleur pour
chaque segment
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
182
PIPING EQUIPEMENT
6. Pipe Segment
3. Estimer le coefficient de transfert de chaleur en tenant en
compte :
• La Résistance à travers la paroi ;
• Le Coefficient de transfert de chaleur à l’intérieur de la
conduite en spécifiant la corrélation à utiliser ;
• L’Isolation, si elle existe ;
• Le Coefficient de transfert de chaleur avec le milieu
extérieur en spécifiant le type de ce milieu.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
183
EXEMPLE 7(Flow lines):
Un système de collecte de gaz situé sur un terrain varié comme le montre la carte
topologique suivante.
184
Données :
Peng Robinson
Puits
1
2
T(C)
40
45
P (Bar g)
40,33
33,48
Débit (kgmol/h) 425
3
45
375
575
N2
0,0002000
0,0025000
0,0050000
CO2
0,0405000
0,0237000
0,0141000
H2S
0,0151000
0,0048000
0,0205000
C1
0,7250000
0,6800000
0,5664000
C2
0,0815000
0,1920000
0,2545000
C3
0,0455000
0,0710000
0,0145000
IC4
0,0150000
0,0115000
0,0041000
NC4
0,0180000
0,0085000
0,0075000
IC5
0,0120000
0,0036000
0,0038000
NC5
0,0130000
0,0021000
0,0037000
NC6
0,0090000
0,0003000
0,0060000
NC7
0,0252000
0,0000000
0,0090000
185
Segment
Branche
Longueur m
Elévation
NPS : Diamètre
change m
nominal [mm] /
Schedule 40
Branche 1
GasWell 1
1
150
6
76.2
2
125
-6.5
76.2
3
100
0.5
76.2
200
23
101.6
1
160
12.5
76.2
2
100
-14
76.2
3
205
-1
76.2
355
-4
101.6
300
-16
152.4
Branche 2
GasWell 2
Branche 3
GasWell 3
Branche 4
Branche 5
1
Branche 1&2
Branche 3&4
1
186
Toutes les conduites sont de la classe « Schedule 40 steel », elles sont
enterrées à une profondeur de 1 m où la température de l’environnement (sable
sec) est de 5 ° C.
Branch
5
B5
Out
B5
Out
 DUTIES ? F ? P ? T? V/F ?
187
Augmentation de la production du puits 2
Branch
5
B5
Out
 Il s’est avérait que la production du puits 2 est augmenté jusqu’à 1000 kgmol/h.
Est-ce que toutes les conduites supportent la nouvelle charge ?
188
Augmentation de la production du puits 2
Branch
5
B5
Out
 Il s’est avérait que la production du puits 2 est augmenté jusqu’à 1000 kgmol/h.
Est-ce que toutes les conduites supportent la nouvelle charge ?
 Pour les conduites qui posent problèmes et qui nécessitent leur remplacement,
déterminer le diamètre minimal afin d’assurer la nouvelle charge.
189
EXEMPLE 8: Aspen Hydraulics
• la liste des composants est données dans le fichier Hydraulics Comp.cml.
• Pour le modèle thermodynamique, vous utilisez Com thermo ( Vapor:HysysPR- Liquid: HysysPR)
•Les conditions de production des puits:
Les diamètres de chaque branche sont donnés comme suite:
Toutes les conduites sont de la
classe « Schedule 40 steel »,
elles sont enterrées à une
profondeur de 1 m où la
température de l’environnement
(Dry Peat) est de 12 ° C.
SCHEDULE 40
SCHEDULE 80
SCHEDULE 120
ND
OD
ID
2E
ID
2E
ID
2E
25.4
33.4
26.64
6.76
24.31
9.09
20.70
12.7
38.10
48.26
40.89
7.37
38.10
10.16
33.99
14.27
50.80
60.32
52.50
7.82
49.25
11.07
42.85
17.47
76.20
88.90
77.93
10.97
73.66
15.24
66.65
22.25
101.20
114.3
102.3
12.0
97.18
17.12
87.33
26.97
152.4
168.3
154.1
14.2
146.3
22.0
131.7
36.6
203.2
219.1
202.7
16.4
193.7
25.4
173.1
46.0
192
Categorizing the pipe size:
Nominalpipe size,
outside diameter,
and inside diameter
Les pipes dont le DN va
de 1/8” à 12” ont un
diametere extérieur
supérieur à leur diamètre
nominal. Alors que pour
les pipes de 14” et plus le
diamètre extérieur est
égale au diamètre nominal
du pipe.
• Nominal pipe size (NPS) est
utilisé pour décrire un pipe par
son “nom”.
En process, le terme
nominal fait référence
au nom du pipe. c’est
une méthode simple
pour identifier le pipe.
Pipe weight and wall
thicknesses:
schedules: 10, 20, 30,
40, 60, 80, 100, 120,
140, and 160
ID = OD − (2×Wall
Thickness)
193
II. ROTARY
EQUIPEMENT
194
ROTARY EQUIPEMENT
1. Pump (Pompe)
195
ROTARY EQUIPEMENT
1. Pump (Pompe)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
196
ROTARY EQUIPEMENT
1. Pump (Pompe)
Le travail théorique est donné par la relation : Wideal
Pout  Pin  * FlowRate  Pout  Pin  * F * MW




liquid Density
Le rendement d’une pompe : Efficiency(%) 
Power requiredideal
*100
Power required actual
Le travail réel fourni à la pompe est :
Power requireacual 
 Pout  Pin  * FlowRate *100%
Liquid density * Efficiency
L’énergie nécessaire pour fonctionner la pompe peut être
exprimée, aussi, en fonction de l’enthalpie sous la forme
suivante :
Simulation Aspen HYSYS
Power requireacual  H out  H in
École de Boumerdès
197
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
Dans la page Design\ Connections,
l’utilisateur doit spécifier les noms
des flux d’alimentation, de sortie et
d’énergie.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
198
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
La différence de pression, l’efficacité
adiabatique et le travail réel de la
pompe peuvent être spécifiés dans la
page Design\ Parameters.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
199
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
Dans la page Design\
Curves, l’utilisateur doit
spécifier les coefficients de
la courbe caracteristique.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
200
1. PUMP (POMPE)
ROTARY EQUIPEMENT
Feed
1. Une pompe est utilisée pour augmenter la pression d’un
fluide de 455 Psia jusqu’à 800 Psia. Les données de
l’alimentation « Feed » sont :
Si le rendement de la pompe est 75%, calculer :
• La température de sortie,
• La travail fourni,
Simulation Aspen HYSYS
Temp (°F)
250
Pression (Psia)
455
Débit (lbmole/hr)
300
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
N_C7
N_C8
0.0001
0.0200
0.1859
0.1748
0.1592
0.1372
0.1613
0.0923
0.0692
École de Boumerdès
201
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
2. Refaire la simulation en spécifiant le travail à 70000 Btu/hr au lieu de la pression de sortie.
• Déterminer la température et la pression de sortie.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
202
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
2. Refaire la simulation en spécifiant le travail à 70000 Btu/hr au lieu de la pression de sortie.
• Déterminer la température et la pression de sortie.
3. Utiliser le flux « Feed » pour alimenter une troisième pompe en fixant comme paramètres :
• Delta P = 400psi
• Duty =6 E4 btu/hr
Et déterminer la température et le rendement de la pompe.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
203
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
2. Refaire la simulation en spécifiant le travail à 70000 Btu/hr au lieu de la pression de sortie.
• Déterminer la température et la pression de sortie.
3. Utiliser le flux « Feed » pour alimenter une troisième pompe en fixant comme paramètres :
• Delta P = 400psi
• Duty =6 E4 btu/hr
Et déterminer la température et le rendement de la pompe.
4. Refaire la simulation avec les spécifications :
• T sortie=260 °F
• P sortie =900 Psi
Et déterminer le rendement et le travail de la pompe.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
204
ROTARY EQUIPEMENT
1. PUMP (POMPE)
Feed
1. Utiliser le flux « Feed » pour alimenter une nouvelle
pompe avec les paramètres suivants :
•
Courbe caractéristique : A=200, B= 0, C=0.003,
D=E=F=0, le débit molaire est exprimé en
Lbmole/hr et la hauteur en ft.
•
Rendement adiabatique =80%.
Déterminer la pression, la température à la sortie et le
travail nécessaire pour fonctionner la pompe.
Simulation Aspen HYSYS
Temp (°F)
250
Pression (Psia)
455
Débit (lbmole/hr)
300
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
N_C7
N_C8
0.0001
0.0200
0.1859
0.1748
0.1592
0.1372
0.1613
0.0923
0.0692
École de Boumerdès
205
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compresseur
206
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
207
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
:
Un compresseur est une machine qui a pour fonction d’élever la
pression d’un fluide compressible qui le traverse.
Les gaz étant des fluides compressibles nécessitent des
compresseurs,
alors
que
les
liquides,
pratiquement
incompressibles, nécessitent des pompes.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
208
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Le bilan d’énergie met en jeu :
- La variation d'enthalpie ΔH du gaz
ΔH = H2 - H1
- L'énergie mécanique Wi
fournie au gaz par la
machine. Cette énergie, dans le cas
général, est répartie entre le travail de compression
et la chaleur W
engendrée par les frottements
COMP
.Q
f
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
209
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Pour un compresseur centrifuge, le rendement isentropique est donné comme étant le rapport entre le travail
isentropique (idéal) et le travail actuel :
Isentropic Efficency (%) 
Power Re quiredisentropic
Power Re quired actual
Le rendement dit polytropique est défini comme étant le rapport entre le travail polytropique et le travail actuel :
Polytropic Efficency (%) 
Power Re quired polytropic
Power Re quired actual
Le travail actuel est, toujours, donné par la relation :
Power requireacual  H out  H in
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
210
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Pour un compresseur centrifuge ( ou unexpandeur ) adiabatique, HYSYS calcule rigoureusement la compression centrifuge
(ou dilatation) en suivant la ligne isentropique de la pression d'entrée à la pression de sortie. En utilisant l'enthalpie à ce
point, ainsi que l'efficacité spécifiée, HYSYS détermine alors l'enthalpie de sortie réelle. A partir de cette valeur et de la
pression de sortie, la température de sortie est déterminée.
Pour un compresseur centrifuge polytropique , le trajet du fluide n'est ni adiabatique ni isotherme. Pour un processus
100% efficace, il n'y a que la condition de réversibilité mécanique. Pour un processus irréversible, l'efficacité polytropique
est inférieure à 100%. Selon que le processus est une expansion ou une compression, le travail déterminé pour le
processus mécaniquement réversible est multiplié ou divisé par une efficacité pour donner le travail réel.
En général, le travail pour un processus mécaniquement réversible peut être déterminé à partir de:
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
211
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Le calcul de la puissance isentropique et polytropique et d'autres paramètres sont tirés de "Compressors and Exhausters Power Test Codes" de « American Society of Mechanical Engineers ».
La puissance isentropique ou polytropique, W, peut être calculée à partir de:
n = volume exponent
CF = correction factor
P1 =pressure of the inlet stream
P2 = pressure of the exit stream
ρ1= density of the inlet stream
F1 =molar flow rate of the inlet stream
MW = molecular weight of the gas
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
212
La puissance isentropique est calculée en définissant l'exposant du volume comme:
ρ'2= density of the exit stream corresponding to the inlet entropy
La puissance polytropique est calculée en définissant l'exposant de volume comme:
Le facteur de correction est calculé comme suit:
h'2 = enthalpy of the exit stream corresponding to the inlet entropy
h1 = enthalpy of the inlet stream
Équations utilisées
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
1. Sans courbes de performance :
2. Avec courbes de performance :
• Une courbe caractéristique.
• Plusieurs courbes caractéristiques à différentes vitesses de rotation du
compresseur
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
216
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Nom de l’alimentation
Nom de la sortie
Nom de l’énergie attachée
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
217
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Selon la méthode de résolution et les
données disponibles, l’utilisateur peut
spécifier :
• Le rendement adiabatique ou
polytropique (efficiency ).
• La puissance absorbée (ou fournie
dans le cas d’un Expender) par
l’appareil (Duty).
• Si l’appareil installé est un
compresseur, l’utilisateur peut choisir
entre un compresseur centrifuge ou
compresseur alternatif.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
218
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
courbes multiples en fonction
de la vitesse, mais pas du MW
ou la position IGV.
Multiple Mw :
courbes qui
décrivent les performances du
compresseur en fonction du poids
moléculaire du gaz (MW)
Multiple IGV (Inlet Guide Vane) :
Courbes
qui
décrivent
les
performances du compresseur en
fonction de l’angle d’attaque à l’entrée
(IGV)
Quasi-Dimensionless et NonDimensional Curves (Lorsque
l'équipement expérimental diffère de
l'équipement réel.)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
219
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Schultz, J.M., ASME Journal of
Engineering For Power, Jan. 1962,
pp. 69-82. The Schultz method
required by the ASME Power Test
Code 10 and it is well accepted by
industry.
Where f the polytropic head
factor is defined as
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
220
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Huntington Method : R.A.
Huntington,
Journal
of
Engineering for Turbines and
Power, 1985)
Polytropic efficiency :
les constantes a, b et c sont évaluées à partir
du facteur de compressibilité trouvé aux
extrémités du chemin de compression et à
une pression intermédiaire comme suit:
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
221
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
La définition du chemin polytropique
(R.A. Huntington, Journal of
Engineering for Turbines and
Power, 1985) est pour un gaz réel le
chemin où le rapport de travail
réversible à l'augmentation
d'enthalpie le long du chemin est
constant:
H = Vdp
H = edh
Où e est une constante le long du
chemin
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
222
ROTARY EQUIPEMENT
Si vous voulez utiliser une courbe caractéristique :
 Cocher le bouton « Enable Curves » ;
 Choisir l’efficacité (adiabatique ou
polytropique) ;
 Appuyer sur le bouton « Add Curves » ;
 Dans la page appropriée à la courbe,
2. Compressor/Expander
Une fois la courbe
caractéristique
est créée, les
boutons : View
Curve, Delete
Curve, et Plot
Curve deviennent
actives et vous
pouvez les utiliser
pour Éditer,
Supprimer ou
Tracer la courbe
sélectionnée.
introduire les valeurs de : Flow, Head et
Efficiency.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
223
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander
Le flux « CompInlet » qui alimente le compresseur K100 est donné sous les conditions suivantes:
CompInlet
Temp (°C)
69
À la sortie, la pression du gaz devient 320.7 kPas.
Pression (kPas)
120
Débit (kgmole/hr)
500
Si on suppose que le rendement adiabatique est
80%, calculer:
H2O
H2S
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
Simulation Aspen HYSYS
0.2375
0.0727
0.0607
0.0412
0.1072
0.2522
0.0765
0.1520
• Le travail nécessaire;
• Le Rendement polytropique;
• La Température de sortie.
École de Boumerdès
224
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
CompInlet
Le même flux « Compinlet» alimente un deuxième compresseur.
Temp (°C)
69
Si on donne le rendement adiabatique (80%) et le travail requit
Pression (kPas)
120
(370 KW), déterminer:
Débit (kgmole/hr)
500
• Pression de sortie;
• Température de sortie;
• Rendement polytropique.
Simulation Aspen HYSYS
H2O
H2S
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.2375
0.0727
0.0607
0.0412
0.1072
0.2522
0.0765
0.1520
École de Boumerdès
225
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
CompInlet
Le même flux « Compinlet» alimente un troisième compresseur.
Si on donne le rendement adiabatique (80%) et la température
de sortie (140 °C), déterminer:
• Pression de sortie;
• Travail requit;
•Rendement polytropique.
Simulation Aspen HYSYS
Temp (°C)
69
Pression (kPas)
120
Débit (kgmole/hr)
500
H2O
H2S
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.2375
0.0727
0.0607
0.0412
0.1072
0.2522
0.0765
0.1520
École de Boumerdès
226
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
Le même flux « CompInlet » alimente un quatrième compresseur. Déterminer :
• Pression de sortie;
• Température de sortie;
• Travail requit;
• Rendement adiabatique;
• Rendement polytropique.
Si on donne les courbes suivantes:
Simulation Aspen HYSYS
Flow (Act m3/h)
Head (m)
Adiabatic efficiency (%)
7812
8388
8964
9504
10060
10620
11196
11484
7680
7575
7841
7347
7153
6717
5858
4957
69
72
72.48
72.58
73.08
72.46
69.39
62.91
École de Boumerdès
227
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
CONSTITUANTS
Le flux « CompInlet_5 » qui
Conditions
alimente le compresseur K100
Temp (°C)
est donné sous les conditions :
Pression (kPas)
Débit (kg/hr)
CompInlet
59
8270
1.067 E6
On donne
• Les courbes caractéristiques du compresseur à différentes vitesses
de rotation.
• Vitesse de rotation du compresseur : 4553 rpm.
Déterminer :
• T et la P à la sortie;
• Rendement adiabatique et polytropique dans les conditions opératoires.
Simulation Aspen HYSYS
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
% mol
0.055626
0.002418
0.819264
0.073995
0.023863
0.004421
0.007632
0.002190
0.002867
0.003484
0.002049
0.001019
0.000698
0.000347
0.000084
0.000043
École de Boumerdès
228
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
Vitesse de rotation : 3502 rpm
Flow (Act m3/h)
Head (m)
Adiabatic efficiency (%)
12000
14000
16000
2750
2550
2250
84.0
83.5
79.0
Vitesse de rotation : 4903 rpm
Simulation Aspen HYSYS
Flow (Act m3/h)
Head (m)
Adiabatic efficiency (%)
16000
17200
20000
22000
5500
5400
5100
4750
83.2
83.3
83.3
82.0
École de Boumerdès
229
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
Vitesse de rotation : 3502 rpm
Flow (Act m3/h)
Head (m)
Adiabatic efficiency (%)
12000
14000
16000
2750
2550
2250
84.0
83.5
79.0
Vitesse de rotation : 4903 rpm
Est-ce que c’est possible de
calculer la vitesse de rotation d’un
compresseur en spécifiant la
pression à la sortie (12000 kpas) ??
Simulation Aspen HYSYS
Flow (Act m3/h)
Head (m)
Adiabatic efficiency (%)
16000
17200
20000
22000
5500
5400
5100
4750
83.2
83.3
83.3
82.0
École de Boumerdès
230
ROTARY EQUIPEMENT
2. Compressor/Expander (Compresseur/Détendeur)
Exemple : soit la charge
Methane
Ethane
Propane
n-Butane
i-Butane
n-Pentane
i-Pentane
n-Hexane
n-Heptane
n-Octane
n-Nonane
H2O
Hydrogen
Nitrogen
CO
CO2
H2S
Conditions
Temperature [C]
Pressure [kPa]
Molar Flow
0,75969812 [kgmole/h]
41,29
1423,017
3436,95
9135,5
7,69E-02
6,85E-02
Les courbes caractéristiques sont comme suite:
2,66E-02
1,46E-02
curve 3
V=4400
V=2200
4,71E-03 curve 1
Q
H
nu
H
nu
5,44E-03 Q
9755
6785
4877
1696
78
9,08E-04
12000
6524
6000
1631
81
0
13969
6041
6984
1510
83
0
15998
5219
7999
1305
80
1,77E-04
16200
5089
8100
1272
79
0
curve 4
V=5500
curve2
V=3300
0
Q
H
nu
Q
H
nu
2,51E-03
12193
10601
7316
3817
78
0
15000
10194
9000
3670
81
2,00E-02
17461
9440
10477
3398
83
2,00E-02
19998
8155
11999
2936
80
12150
2862
79
20250
7951
78
81
83
80
79
78
81
83
80
79
curve 5
Q
H
13413
16500
19207
21998
22275
V=6050
nu
12828
12334
11422
9867
9621
78
81
83
80
79
curve 1
curve 3
V=2200
V=4400
curve 5
V=6050
Q
H
nu
Q
H
nu
Q
H
nu
4877
1696
78
9755
6785
78
13413
12828
78
6000
1631
81
12000
6524
81
16500
12334
81
6984
1510
83
13969
6041
83
19207
11422
83
7999
1305
80
15998
5219
80
21998
9867
80
8100
1272
79
16200
5089
79
22275
9621
79
curve2
curve 4
V=3300
V=5500
Q
H
nu
Q
H
nu
7316
3817
78
12193
10601
78
9000
3670
81
15000
10194
81
10477
3398
83
17461
9440
83
11999
2936
80
19998
8155
80
12150
2862
79
20250
7951
79
Les courbes caractéristiques sont
comme suite:
III. SEPARATION
EQUIPEMENT
233
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separateur
234
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
235
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Le calcul de ces opérations est réalisé de la façon suivante:
• Un calcul flash (PH) est utilisé pour déterminer les
conditions des produits.
• La pression de séparation est la pression minimale des
flux d’alimentation ;
• La chute de pression due au changement de section est
prise en compte dans la page Parameters;
• L’enthalpie est la combinaison de tous les enthalpies des
alimentations avec l’énergie attachée à l’appareil (pour
chauffage (+), pour le refroidissement (-)).
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
236
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
La page Design\Connections est conçue
pour la connexion des flux d’alimentations
et des produits.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
237
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
L’utilisateur spécifie dans la page
Parameters la chute de pression à travers le
ballon de séparation.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
238
Demister :
Mesh Pad
Vane Pack
239
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Delta P
• Inlet :
: Chute de pression à travers le séparateur,
P  PV  PL  PFeed  DeltaP
avec
P : pression dans le séparateur
PV : pression du Pr oduit Vapeur
PL : pression du Pr oduit Liquide
PFeed : pression de l ' a lim entation
DeltaP : Chute de pression dans le séparateur
 Vapour Outlet :
Simulation Aspen HYSYS
PV  PL  P Vapour Outlet 


École de Boumerdès
240
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Feed
Simuler un séparateur de type « 3PHase separator » sachant que:
•Sans flux d’énergie.
Temp (°C)
10
Pression (kPas)
200
Débit (kgmole/hr)
100
H2O
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Simulation Aspen HYSYS
0.050
0.200
0.130
0.140
0.130
0.100
0.120
0.130
École de Boumerdès
241
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Feed
Simuler un séparateur de type « 3PHase separator » sachant que:
•En attachant un flux d’énergie.
Temp (°C)
10
Pression (kPas)
200
Débit (kgmole/hr)
100
H2O
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Simulation Aspen HYSYS
0.050
0.200
0.130
0.140
0.130
0.100
0.120
0.130
École de Boumerdès
242
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Feed
Temp (°C)
10
Pression (kPas)
200
Débit (kgmole/hr)
100
H2O
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Simulation Aspen HYSYS
•Attacher un flux d’énergie pour chauffer
la sortie liquide jusqu’à 15°C.
0.050
0.200
0.130
0.140
0.130
0.100
0.120
0.130
École de Boumerdès
243
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Simuler un séparateur de type « Separator » sachant que:
Feed
Temp (°C)
10
Pression (kPas)
200
Débit (kgmole/hr)
100
H2O
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Simulation Aspen HYSYS
• a) Sans les pertes de charge
0.050
0.200
0.130
0.140
0.130
0.100
0.120
0.130
École de Boumerdès
244
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Simuler un séparateur de type « Separator » sachant que:
Feed
Temp (°C)
10
Pression (kPas)
200
Débit (kgmole/hr)
100
H2O
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Simulation Aspen HYSYS
0.050
0.200
0.130
0.140
0.130
0.100
0.120
0.130
• b) Delta P(Inlet)=10kPas;
École de Boumerdès
245
SEPARATION EQUIPEMENT
1. Separator, 3-Phase Separator, Tank
Simuler un séparateur de type « Separator » sachant que:
Feed
Temp (°C)
10
Pression (kPas)
200
Débit (kgmole/hr)
100
H2O
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
Simulation Aspen HYSYS
0.050
0.200
0.130
0.140
0.130
0.100
0.120
0.130
• c) Delta P(Inlet)=10kPas et Delta P(vapour
outlet)=5kPas;
Quelle est la différence entre ces deux perte de charge ?
École de Boumerdès
246
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
247
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
248
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
But d’utilisation
La « Sortcut column » est utilisée pour réaliser une estimation initiale des performances d’une colonne de
distillation. Afin de rapprocher aux résultats réels, une colonne rigoureuse doit être utilisée.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
249
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Cette opération est basée sur la méthode de
Le nombre de plateaux est donné par la relation de
calcul Fensk-Underwood utilisée pour le calcul
Fansk et le reflux minimal par la relation d’
d’une colonne de distillation complexe.
UnderWood.
Le taux de reflux spécifié par l’utilisateur sera ensuite utilisé pour déterminer les débits de liquide et de vapeur
dans la colonne (zones de concentration et d’épuisement) ainsi que l’énergie fournie et absorbée dans le
condenseur et le rebouilleur, le nombre de plateaux idéals et la position de l’alimentation.
But d’utilisation
La « Sortcut column » est utilisée pour réaliser une estimation initiale des performances d’une colonne de
distillation. Afin de rapprocher aux résultats réels, une colonne rigoureuse doit être utilisée.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
250
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Soit un mélange de N constituants de volatilité relative croissantes 1, 2, …n .
La clé légère (LK) : est le constituant qu’on dispose d’information pour spécifier son taux de récupération
dans le distillat (ou minimiser sa fraction dans le résidu).
La clé lourde (HK) : est le constituant qu’on dispose d’information pour spécifier son taux de récupération
dans le résidu (ou minimiser sa fraction dans le distillat).
Distribution des constituants entre le distillat et le résidu : la distribution des constituants entre le distillat et le
résidu est établie par l’équation de Hengstebek-Geddes :
log
di
 A1  B1 log i
Wi
di : débit molaire du constituant i dans le distillat.
Wi: débit molaire du constituant i dans le résidu.
i= Ki / KHK.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
251
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Détermination du nombre de plateaux minimums : le nombre de plateaux est donné par la relation de Fensk :
N min
 xLK   xHK  
log 
 
 
xHK  D  xLK W 




  LK 
log 


 HK 
Détermination du reflux minimum : est donné par l’équation de Underwood :
Rmin  1    i * xi , D 
N
i 1


  1 q  
n
i 1
i
i   
* xi , F 
 i   
Avec q est le taux de vaporisation de l’alimentation et  est la constante d’Underwood.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
252
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Détermination du nombre de plateaux théorique : La corrélation de Hengstebeck est :
log Y   Ai  log X 
4
i
i 0
où
Et
N  Nmin
Y
N 1
X
R  Rmin
R 1
A0  1.3640187,
A1  3.0920489,
A2  3.407344729,
A3  1.7467387,
A4  0.33268897,
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
253
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Estimation de l’alimentation (Méthode de Kirkbride) : la relation est de la forme :
Avec
W : débit molaire du résidu ;
D : débit molaire du distillat ;
2




m
 W   xHK   xLK W 
log    0.206 log   
 
 
 p
 D   xLK  F   xHK  D  
m : le nombre de plateaux au-dessus du plateau d’alimentation ;
p : le nombre de plateaux au-dessous du plateau d’alimentation ;
 xLK  F : la fraction molaire de la clé légère (LK) dans l’alimentation ;
 xHK  F : la fraction molaire de la clé lourde (HK) dans l’alimentation ;
 xLK W : la fraction molaire de la clé légère (LK) dans le résidu ;
 xHK D : la fraction molaire de la clé lourde (HK) dans le distillat.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
254
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Nom du flux
d’énergie dégagée
dans le condenseur
Flux d’alimentation
État du produit de tête
Simulation Aspen HYSYS
Nom du flux
d’énergie absorbée
dans le rebouilleur
Noms des produits de
tête et de fond de
colonne
École de Boumerdès
255
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
1. On spécifie la clé légère dans le
résidu et la clé lourde dans le distillat ;
2. On spécifie les deux pressions :
pression dans le condenseur et dans le
rebouilleur ;
3. HYSYS détermine le taux de
reflux minimal ;
4. Pour déterminer le reste de calcul (nombre de plateaux, différentes températures… etc), l’utilisateur
doit spécifier « External Reflux Ratio » qui sera, obligatoirement, supérieur au taux de reflux minimum.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
256
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
On trouve dans cette page les
résultats obtenus concernant les
plateaux, les températures et les
débits dans la colonne ;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
257
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Résoudre une « Shortcut column » en utilisant les données suivantes:
Feed
Temp (°C)
25
• Property package: Peng Robinson;
Pression (kPas)
500
• Light key in bottoms : propane 0.1;
Débit (kgmole/hr)
100
• Heavy key in distillate: i-butane 0.005;
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.300
0.300
0.200
0.100
0.100
• Condenser pressure: 489 kpas;
• Reboiler pressure: 498 kpas;
• External reflux ratio: 0.8, 1.0;
• Déterminer le nombre de plateaux nécessaires pour assurer cette séparation.
• Déterminer le niveaux de l’alimentation et la capacité calorifique du condenseur et du rebouilleur.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
258
SEPARATION EQUIPEMENT
2. Shortcut Column
Résoudre une colonne « Shortcut column » en utilisant les données suivantes:
Feed
Temp (°F)
Pression (Psia)
Débit (lbmole/hr)
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
107.37
100
1271.519
0.0148
0.7315
0.0681
0.1462
0.0173
0.0150
0.0071
• Property package: Peng Robinson;
• Light key in bottoms : propane 0.025;
• Heavy key in distillate: i-butane 0.020;
• Condenser pressure: 95 Psia;
• Reboiler pressure: 98 Psia;
• External reflux ratio: 1.5.
• Déterminer le nombre de plateaux nécessaires pour assurer cette séparation.
• Déterminer le niveaux de l’alimentation et la capacité calorifique du condenseur et du rebouilleur.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
259
Température (°C)
Pression (kPas)
Débit molaire (kgmole/hr)
C1
En vu de produire le propane et le % mol
C2
butane commerciaux, le PFD d’une
section
de
séparation
est
C3
proposé comme suite :
IC4
NC4
IC5
NC5
Exemple 2: soit la charge
56,2
2843,93
429,1
0,007119
0,109384
0,322639
0,152196
0,402346
0,003710
0,002607
260
A fin de réaliser ce projet, déterminez :
1. Le nombre de plateaux nécessaire dans la première et la deuxième colonne pour atteindre la
séparation voulue, on donne :
Colonne T100
Colonne T101
Press tête (kPas)
2834,12
1490,61
Press fond (kPas)
2922,38
1549,45
Conditions de
Propane en tête : 0.0029
NC4 tête : 0.000016
séparation
Température dans le condenseur doit
Température dans le
être au alentour de 1.5 C et celle dans
condenseur doit être au
le rebouilleur au alentour de 102 C.
alentour de 29.5 C et celle
dans le rebouilleur au
alentour de 91 C.
R=1.96 Rmin
R=1.46 Rmin
261
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component
splitter
262
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
263
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Avec « Component Splitter », un flux d’alimentation est séparé en produits selon les paramètres et les « Splits »
spécifiés par l’utilisateur.
Le Splitter est utilisé pour simuler un procédé (un appareil, un procédé contenant plusieurs appareils ) nonstandard qui n’est pas disponible dans la palette du HYSYS.
Un bilan de matière doit être satisfait, dans le splitter, pour chaque constituant :
Fi  ai  bi  ziG
Fi :débit molaire du constituant i dans l’alimentation ;
ai : débit molaire du constituant i dans la tête de la colonne ;
bi :débit molaire du constituant i dans le fond de la colonne ;
zi : fraction molaire du constituant i dans l’alimentation ;
G : débit molaire de l’alimentation.
Les flux molaires allant vers la tête ou le fond de la colonne sont déterminés comme suite :
Avec

ai  xi Fi
Avec xi « Split » est la fraction du constituant i récupérée en tête par rapport


bi  1  xi  Fi la quantité totale de ce constituant qui se trouve dans l’alimentation.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
264
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Les informations suivantes sont nécessaires à
compléter dans la page Desgin\ Connections :
- nom de l’appareil;
- noms des flux d’alimentation ;
- noms des produits de tête;
- nom du produit de fond de la colonne ;
- nom du flux d’énergie attaché à l’opération.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
265
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Les « Splits » ou les taux de
récupération sont toujours
limités entre 0 et 1. Ils doivent
être spécifiés pour chaque
constituant dans les produits de
tête de la colonne.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
266
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
1. Pressions des sorties, On choisit entre :
•
Spécification de la pression de chaque flux (User stream pressure
specification) ;
•
Toutes les pressions sont identiques (Equalize All Stream Pressure) ;
•
Utilisation de la pression la plus faible dans les flux d’alimentation
(mode dynamique).
2. Spécifications pour le calcul flash, l’utilisateur choisit entre :
• Température : soit on spécifie la température de chaque flux ou on
utilise l’option « Calculate Equal Temperature », ceci n’est pas
valable que si on a seulement deux produits.
• Fraction de Vapeur V/F ;
• Enthalpie.
Selon les spécifications, un algorithme de calcul (P-T, P-V/F, P-H) est établi pour la détermination les
inconnus (et compris le flux d’énergie).
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
267
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Résoudre une opération « Component Splitter » en utilisant
les données suivantes :
Feed
Temp (°F)
200
Pression (Psia)
500
Débit (lbmole/hr)
1000
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
Simulation Aspen HYSYS
0.0148
0.7315
0.0681
0.1462
0.0173
0.0150
0.0071
Parameters
• Use stream flash specification
 Over_Prod : Pressure = 100 psia ;
 Over_Prod : V/F=1 ;
 Bot_Prod : Pressure 103 psia ;
 Bot_Prod : V/F=0.
 Use stream pressure specification.
Splits ( Over_Prod1)
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
1
0.98
0.02
0.005
0.001
0
0
École de Boumerdès
268
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Le flux de matière « Feed2 » qui alimente une colonne de fractionnement est séparé en trois produits: deux produits
sont récupérés en tête et le troisième en fond de la colonne.
Simuler la colonne en utilisant les données:
Parameters
Feed 2
1. Use stream flash specification
• Over-Prod1 : Enthalpy = -7.96 E4 kj/kgmole ;
• Over-Prod2 : Temp = 5°C;
• Bot-Prod: V/F= 0.
Temp (°C)
25
Pression (kPas)
500
Débit (kgmole/hr)
100
2. Equalize All Stream Pressure.
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.3
0.3
0.2
0.1
0.1
Splits
Over prod 1
Over prod 2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.950
0.100
0.005
0.000
0.000
0.050
0.900
0.050
0.005
0.000
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
269
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Supprimez les taux de récupération
« Splits » et insérez les températures
« Initial Cut Point » suivantes : -165 C, 50C et -10 C;
Expliquez la distribution des constituants entre les
trois produits données par HYSYS ! ! !
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
270
SEPARATION EQUIPEMENT
3. Component Splitter (Fractionnateur)
Feed3
Temp (°C)
36
Pression (kPas)
6171
« Feed3 » qui alimente
Débit (kg/hr)
9177
une
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
H2O
Le
flux
de
matière
colonne
déshydratation
de
est
séparé en deux produits:
gaz en tête et H2O en
fond de la colonne.
Simuler la colonne en
utilisant les données:
Simulation Aspen HYSYS
0.000999
0.028375
0.015486
0.898120
0.030973
0.014787
0.005895
0.002997
0.000999
0.000500
0.000869
Parameters
1. Use stream flash specification
• Gaz : Temp = -13.89°C;
• H2O :Temp = -13.58°C;
2. Equalize All Stream Pressure.
Splits
Gaz
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
H2O
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.00
École de Boumerdès
271
IV. HEAT
TRANSFER
EQUIPEMENT
272
HEAT HRANSFER EQUIPEMENT
1. COOLER / HEATER
273
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
1. Cooler / Heater
Théorie
Les deux opérations “Cooler/Heater” sont des échangeurs alimentés par un seul flux de matière.
Ce flux d’alimentation (fluide process) sera refroidi ou chauffé, selon les spécifications de l’utilisateur jusqu’à
l’atteinte des conditions de sortie.
Le fluide réfrigérant/caloporteur sera, alors, présenté par un flux d’énergie.
Ce type d’appareils est utilisé lorsque l’utilisateur ne s’intéresse qu’à la quantité d’énergie nécessaire pour le
refroidissement ou le chauffage de l’alimentation par une utilité.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
274
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
1. Cooler / Heater
1. Cooler / Heater
Théorie :
La même équation de base est utilisée dans les deux opérations
(Cooler/Heater), en tenant en compte du signe de flux d’énergie fournie ou
absorbée par le fluide d’utilité.
Pour un « Cooler » :
Pour un « Heater » :
Simulation Aspen HYSYS
Heat Flowinlet  Duty  Heat Flowoutlet
Heat Flowinlet  Duty  Heat Flowoutlet
École de Boumerdès
275
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
1. Cooler / Heater
1. Cooler / Heater
Afin de résoudre ces appareils, l’utilisateur doit spécifier pour une alimentation donnée :
• La pression de sortie (Poutlet) ou la perte de charge à travers l’échangeur ;
• La température de sortie (Toutlet) ou la quantité d’énergie échangée « Duty » .
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
276
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
1. Cooler / Heater
Flux d’alimentation
1. Cooler / Heater
Perte de charge à
travers l’échangeur
Quantité d’énergie
échangée
Nom du flux d’énergie
Flux de sortie
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
277
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
1. Cooler / Heater
Exemple CH1 :
Un flux sera refroidi de 60°F jusqu’à -105 °F avec un Cooler où la perte de charge est de 15 Psi.
Le flux d’alimentation est caractérisé comme suite :
E_inlet
Temp (°F)
60
Pression (Psia)
600
Débit (lbmole/hr)
100
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
Simulation Aspen HYSYS
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
Déterminez l’énergie nécessaire pour
atteindre cette température à la sortie ?
École de Boumerdès
278
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
1. Cooler / Heater
Exemple CH2 :
Un flux sera réchauffé en utilisant un fluide d’utilité qui fournit une énergie de
3*105 kj /hr. La perte de charge est de 15 Psi.
Le flux d’alimentation est caractérisé comme suite :
E_inlet
Temp (°F)
10
Pression (Psia)
200
Débit (lbmole/hr)
100
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
Simulation Aspen HYSYS
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
Quelle doit être la température à la sortie ?
École de Boumerdès
279
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
2. Air Cooler (Aéro-réfrigérant)
280
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
2. Air Cooler (Aéro-réfrigérant)
Théorie :
Cet appareil est basé sur la vérification du bilan d’énergie autours de cette opération, alimentée
principalement par l’air et le flux de matière à refroidir :
M air  H out  H in air  M process  Hin  H out  process
Où
Mair
: débit massique de l’air ;
Mprocess: débit massique du fluide de process ;
H
: Enthalpie.
U : coefficient de transfert de chaleur global ;
A : surface d’échange thermique ;
DTLM : différence moyenne logarithmique de température ;
Ft : facteur de correction.
Le flux thermique « Duty » de l’échangeur est déterminé, aussi, à partir de la relation :
Q  U  A  DTLM  Ft
281
2. Air Cooler
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
Installation d’un Aéroréfrigérant :
Name : nom de l’échangeur
Nom de l’alimentation
Flux de sortie
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
282
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
Installation d’un Aéroréfrigérant :
2. Air Cooler
Température de l’air à la sortie
Chute de pression
à travers
l’échangeur côté
fluide de process.
Coefficient de
transfert global * la
surface d’échange
Liste des arrangements des
tubes dans l’échangeur.
Simulation Aspen HYSYS
Température et pression de l’air
à l’entrée de l’échangeur.
École de Boumerdès
283
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
2. Air Cooler
Installation d’un Aéroréfrigérant :
Nombre de ventilateurs
Vitesse du ventilateur
Vitesse désirée du ventilateur. En mode
stationnaire, cette vitesse est toujours égale
à la vitesse du ventilateur ;
Vitesse du Design. C’est la vitesse pour
laquelle l’échangeur a été calculé.
Design Flow : Débit du Design, C’est le débit pour lequel l’échangeur a été calculé.
Current air flow : Flux d’air actuel.
Relation entre les vitesses et les débits d’air:
Et
284
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
2. Air Cooler
Exemple AC1 :
Résoudre l’opération « Air Cooler », si on dispose les informations suivantes :
Process_inlet
Temp (°C)
60
On donne aussi :
• delta P= 138 kPas.
Pression (kpas)
3000
• Temp de « Process_outlet » : 40 °C.
Débit (kgmole/hr)
1000
• Configuration : 1 tube raw, 1 pass.
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
•Temp d’air à l’entrée : 25 °C.
• Nombre de ventilateur : 1.
• Vitesse demandée: 60 rpm.
• Vitesse du design : 60 rpm.
• Débit d’air: 3.6 10 E 5 Act m3/h.
• Déterminez : Ft, UA, LMTD, Temp d’air à la sortie.
285
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
2. Air Cooler
Exemple AC2 :
Résoudre le « Air Cooler », si on dispose les informations suivantes :
Process_inlet
Temp (°C)
50
On donne aussi :
• delta P= 180 kPas.
Pression (kpas)
4000
• UA : 1.0 E5 kJ/hr.
Débit (kgmole/hr)
1000
• Configuration : 1 tube raw, 1 pass.
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
•Temp d’air à l’entrée : 25 °C.
• Nombre de ventilateur : 1.
• Vitesse demandée: 60 rpm.
• Vitesse du design : 60 rpm.
• Débit d’air: 3.6 E 5 Act m3/h.
• Déterminez : Ft, LMTD, Temp du flux de process à la sortie, Temp d’air à
la sortie.
286
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
3. HEAT EXCHANGER / Shell & Tube
287
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
3. Heat exchanger / Shell & Tube
Théorie :
Le calcul des échangeurs tube/ calandre se base sur deux équations principales :
1. Bilan d’énergie sur l’échangeur :
M
cold
 H out  H in cold
 Qleak    M hot  H out  H in hot  Qloss  
balance Error
2. Le flux thermique échangé est déterminé à partir de la relation :
Q  U  A  DTLM  Ft
U : coefficient de transfert de chaleur global ;
A : surface d’échange thermique ;
DTLM : différence moyenne logarithmique de température ;
Ft : facteur de correction.
288
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT 3. Heat exchanger / Shell & Tube
Installation d’un échangeur Tube / Calandre (Design\Connection):
Nom de l’appareil
Nom de l’alimentation
côté tube.
Nom de la sortie
côté tube.
Nom de l’alimentation
côté calandre.
Nom de la sortie
côté calandre.
289
Installation d’un échangeur Tube / Calandre (Design \ Parameters):
Coefficient de
transfert global * la
surface d’échange
Chute de pression
côté calandre
Chute de pression
côté tube
Heat Exchenger Model :l’utilisateur choisit entre quatre modèles de calcul :
Exchenger Design (Weighted), Exchenger Design (End Point), Steady state
Rating et Dynamic Rating.
Simulation AspenTech
290
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Specs) :
Dans la page, spécifications, on
trouve trois groupes:
Solver: données nécessaires pour
démarrer le calcul des inconnus.
Specifications: les spécifications
introduites par l’utilisateur.
Unknown variables: les variables
inconnues et leurs valeurs après la
convergence de l’échangeur.
Pour afficher, créer ou supprimer une spécification, on utilise les boutons: View,
Add ou Delete.
La page « Specs » n’est disponible que pour les trois premiers modèles de « Heat
Exchenger Model » .
Simulation AspenTech
291
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Specs) :
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Rating\ Sizing) :
Dans « configuration » on trouve :
• Number of sell passes : nombre de passes côté calandre ;
• Number of sell in series : nombre de calandres en série ;
• Number of sell in parallel : nombre de calandres en parallèle.
• Tube passes per shell : nombre de passes de tubes par calandre.
• Exchanger oriontation : horizontal ou vertical.
• First tube pass flow direction : la direction du flux dans le premier
passe côté tube ;
• Elevation : utilisée en mode dynamique ;
• TEMA type : architecture de l’échangeur à partir de la série TEMA.
Dans « Calculated information », on a :
Shell HT Coeff : Coefficient de TC côté calandre ;
Tube HT Coeff : Coefficient de TC côté tube ;
Overall U : Coefficient de TC global ;
Overall UA : Coefficient de TC global * surface d’échange.
Shell DP : Chute de pression côté calandre ;
Tube DP : Chute de pression côté tube ;
Heat trans Area per shell : surface de TC par calandre ;
Tube volume per shell : Volume de tubes par calandre ;
Shell volume per shell : Volume de calandre ;
Simulation AspenTech
292
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Specs) :
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Rating\ Sizing \Shell) :
Dans cette page l’utilisateur peut dimensionner la calandre de l’échangeur.
Simulation AspenTech
293
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Specs) :
Installation d’un échangeur Tube / Calandre ( Rating\ Sizing) :
Ici on introduit les dimensions des tubes de l’échangeur.
Simulation AspenTech
294
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 1 :
Pour la résolution d’un échangeur Tub/Cal on donne :
• Les conditions des deux flux d’alimentation :
On donne aussi :
Shell_in
Tube_in
• Temp de sortie côté calandre :
40°C.
50
20
Pression (kpas)
4000
3000
• Tube delta P=10 psi.
Débit (kgmole/hr)
1000
1000
• Calandre delta P= 10 psi.
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
H2O
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
-
1
Temp (°C)
Simulation AspenTech
• Model : Weighted.
• Heat loss/ leak: none.
• Déterminez : UA et la température
de sortie côté tube.
• Changez le « Sizing » et vérifiez
l’influence de ce changement sur les
résultats de calcul.
295
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 2 :
Refaites le calcul de l’échangeur en tenant en compte les données suivantes :
• Les conditions des deux flux d’alimentation :
Shell_in
Tube_in
On donne aussi :
• UA = 1 E4 kJ/C.h.
50
20
Pression (kpas)
4000
3000
• Tube delta P=10 psi.
Débit (kgmole/hr)
1000
1000
• Calandre delta P=10 psi.
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
H2O
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
-
1
Temp (°C)
Simulation AspenTech
• Model: Weighted.
• Heat loss/ leak: none.
• Déterminez les températures de
sortie : côté tube et côté calandre.
296
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 3 :
Refaites le calcul de l’échangeur en tenant en compte les données suivantes :
• Les conditions des deux flux d’alimentation :
Shell_in
Tube_in
On donne aussi :
• Tube delta P=10 psi.
50
20
Pression (kpas)
4000
3000
Débit (kgmole/hr)
1000
?
• T de sortie côté calandre 40°C;
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
H2O
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
-
1
• T de sortie côté tube 32°C;
Temp (°C)
Simulation AspenTech
• Calandre delta P= 10 psi.
• Model: Weighted.
• Heat loss/ leak: none.
• Déterminez le débit d’eau ainsi
que le coefficient de transfert de
chaleur global.
297
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 4 :
Refaites le calcul de l’échangeur en tenant en compte les données suivantes :
• Les conditions des deux flux d’alimentation :
Shell_in
Temp (°C)
Pression (kpas)
Débit (kgmole/hr)
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
H2O
Simulation AspenTech
Tube_in
On donne aussi :
• Tube delta P=10 psi.
50
20
4000
3000
?
?
• T de sortie côté calandre 40°C;
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
-
1
• T de sortie côté tube 32°C;
• Calandre delta P=10 psi.
• UA = 7 E4 kJ/C.h.
• Model: Weighted .
• Heat loss/ leak: none.
• Déterminez les deux débits qui
alimentent l’échangeur.
298
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 5 :
Refaites le calcul de l’échangeur en tenant en compte les données suivantes :
• Les conditions des deux flux d’alimentation :
Shell_in
Tube_in
50
20
Pression (kpas)
4000
3000
Débit (kgmole/hr)
1000
1000
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
H2O
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
-
1
Temp (°C)
On donne aussi :
• Température de sortie côté
calandre : 40 °C.
•Température de sortie côté tube:
30 °C.
• UA = 1 E4 kJ/C. h.
• Tube delta P=10 psi.
• Calandre delta P=10 psi.
• Model: Weighted .
• Heat loss/ leak: Extremes.
• Déterminez les valeurs de « Heat
Loss » et « Heat Leak ».
Simulation AspenTech
299
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 6 :
Refaites le calcul de l’échangeur en tenant en compte les données suivantes :
• Les conditions des deux flux d’alimentation :
Shell_in
50
20
Pression (kpas)
4000
3000
Débit (kgmole/hr)
1000
1000
N2
CO2
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
H2O
0.012
0.001
0.900
0.050
0.020
0.015
0.002
-
1
Temp (°C)
Simulation AspenTech
Tube_in
300
Echangeur Tube / Calandre :
Dimensions de
l’échangeur :
Rating
(Paramètres/
Detailed)
-Tube side delta P : Hysim correlation;
- Shell side delta P= 10 psi ;
-HT(shell)= Hysim correlation;
-HT(tube)=3.036e+4 kj/h.m2.C;
-Model: Dynamic rating;
Rating
(Sizing/Overall)
-N of Shell =1;
-N of shells in serie=1;
-N of shells in parallel= 1
-Tube pass/shell=2;
-Exchanger orientation : Horizontal;
Rating
(Sizing/Shell)
-D=739.05 mm;
-N of tube / Shell=160
-Tube Pitch=50
-Tube layout Angle : triangular (30°)
-Shell baffle type=single;
-Shell baffle orientation : Vertical;
-Baffle cut (%)=20
-Baffle spacing=800 mm
-Shell fooling=0 / 0.005 C.h.m2/Kj;
Rating
(Sizing/Tube)
-OD = 20 mm; ID = 16 mm; L=6 m;
301
Echangeur Tube / Calandre :
Quelle est la différence entre « U Value » et « Clean U Value » ?
302
Modifiez les dimensions des tubes (OD= 16 mm ID= 12mm l= 4 m) et vérifier l’influence de ces
modifications sur les résultats.
303
HEAT TRANSFER EQUIPEMENT
4. LNG EXCHANGER
304
Echangeur Tube / Calandre :
4. LNG Exchanger
L’échangeur LNG (Liquefied Natural Gas) résout les bilans d’énergie et de
matière pour un échangeur qui peut être alimenté par plusieurs flux (Cas des
échangeurs à plaques).
Installation d’un échangeur LNG (Design\ Connections):
Noms des alimentations
Noms des sorties
Simulation AspenTech
Pertes de charge à travers
l’échangeur données pour
chaque passe
305
Echangeur Tube / Calandre :
Installation d’un échangeur LNG (Specs) :
Dans cette page, on peut :
• Modifier les paramètres du calculateur.
• Introduire les spécifications nécessaires pour le calcul de l’échangeur.
• Afficher les inconnus et leurs valeurs après la convergence de l’échangeur.
306
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple 1 :
Quatre flux alimentent l’échangeur LNG-100 selon la figure ci-dessous :
Cold1_in
Simulation AspenTech
Cold2_in
Warm1_in Warm2_in
Temp (°C)
25
30
70
60
Pression (kpas)
800
500
800
600
Débit (kgmole/hr)
1000
1500
1200
1400
C1
C2
C3
I_C4
0.50
0.20
0.20
0.10
0.6
0.3
0.1
0.0
0.70
0.25
0.05
0.00
0.60
0.30
0.05
0.05
307
Echangeur Tube / Calandre :
On donne aussi :
Passe
Perte de charge (kpas)
Warm2_In, Warm2_out
Warm1_In, Warm1_out
Cold2_In, Cold2_out
Cold1_In, Cold1_out
50
50
50
50
Et :
Flux
Cold1_out
Cold2_out
Warm1_out
Warm2_out
Simulation AspenTech
Température
(°C)
30
32
65
-
308
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple ETC2 :
On refait le calcul pour les nouvelles spécifications (les conditions des quatre flux
d’alimentation restent les mêmes que celles données dans l’exemple 1) :
Passe
Perte de charge (kpas)
Warm2_In, Warm2_out
Warm1_In, Warm1_out
Cold2_In, Cold2_out
Cold1_In, Cold1_out
50
50
50
50
Et :
Flux
Cold1_out
Cold2_out
Warm1_out
Warm2_out
Température
(°C)
30
32
-
On spécifie UA (Warm1_in-Warm1_out)=10000 kj/C.h ;
Simulation AspenTech
309
Echangeur Tube / Calandre :
Exemple ETC3 :
On refait le calcul pour les nouvelles spécifications :
Cold1_in
Cold2_in
Warm1_in Warm2_in
Temp (°C)
25
30
70
60
Pression (kpas)
800
500
800
600
?
1500
1200
1400
0.50
0.20
0.20
0.10
0.6
0.3
0.1
0.0
0.70
0.25
0.05
0.00
0.60
0.30
0.05
0.05
Débit (kgmole/hr)
C1
C2
C3
I_C4
Les pertes de charge à travers l’échangeur sont données comme suite:
Passe
Warm2_In, Warm2_out
Warm1_In, Warm1_out
Cold2_In, Cold2_out
Cold1_In, Cold1_out
Perte de charge (kpas)
50
50
50
50
310
Echangeur Tube / Calandre :
On donne aussi :
Flux
Cold1_out
Cold2_out
Warm1_out
Warm2_out
Température (°C)
30
32
-
On spécifie :
•
•
Simulation AspenTech
UA (Warm1_in-Warm1_out) = 15000 kj/C.h ;
Delta T (Warm2_out-Warm1_out) = - 10°C.
311
V. COLUMN
(Colonnes)
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
312
COLUMN
L’absorption et la distillation sont deux opérations unitaires du génie des procédés, caractérisées
par un transfert de matière et de chaleur entre une phase liquide et une phase vapeur.
L’appareil principal permettant de réaliser ce transfert appelé, le plus souvent, tour de
fractionnement.
La distillation est la séparation par voie physique des divers constituants d’un mélange liquide ou
liquéfiable. La phase vapeur est produite par évaporation, en fournissant de la chaleur au
système.
L’absorption est la séparation par voie physique ou physicochimique d’un ou de plusieurs
constituant d’un mélange gazeux.
La phase liquide est constituée par un solvant qui est mis en contact avec la phase gazeuse.
Le ou les constituants absorbés doivent être, le plus souvent, séparés du solvant par détente,
stripping (ou stripage) ou distillation.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
313
COLUMN
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
314
COLUMN
Étage de séparation
Vj
Wj
Vapor side stream
L j -1
Liquid from
stage above
X i,j-1, Hlij-1,
Tj-1, Pj-1
Y i,j, Hvij,
Tj, Pj
Stage J
Feed
Fj, Zij, Hij,
TFj, PFj
Heat transfer Qj
(+) : from stage
(-) : to stage
X i,j, Hlij,
Tj, Pj
Y i,j+1, Hvij+1,
Tj+1, Pj+1
Simulation Aspen HYSYS
Vj+1
Vapor from
stage below
Lj
Uj
Side stream
École de Boumerdès
315
COLUMN
Nombre d’équations :
Équilibre
Composition
f iV, j  fi ,Lj
n
m
SX i   xi , j  1
et
i 1
Bilan partiel par étage
Bilan d’énergie
m
n
SYi   yi , j  1
i 1
L j 1 xi , j 1  V j 1ki , j 1 xi , j 1  Fj zi , j   L j  U j  xi , j
 V j  W j  ki , j xi , j  0
𝑉
𝐿
𝑉𝑗+1 𝐻𝑗+1
+ 𝐹𝑗 𝐻𝑗𝐹 + 𝐿𝑗−1 𝐻𝑗−1
− ( 𝑉𝑗 + 𝑊𝑗 )𝐻𝑗𝑉 –
(𝐿𝑗 𝑈𝑗 ) 𝐻𝑗𝐿 − 𝑄𝑗 = 0
Où
N : nombre de plateaux ;
m : nombre de constituants ;
i : constituant ;
j : plateau ;
316
COLUMN
Nombre d’équations :
Équilibre
Composition
f iV, j  fi ,Lj
n
m
SX i   xi , j  1
et
i 1
Bilan partiel par
étage
Bilan d’énergie
N*m
n
m
SYi   yi , j  1
i 1
L j 1 xi , j 1  V j 1ki , j 1 xi , j 1  Fj zi , j   L j  U j  xi , j
 V j  W j  ki , j xi , j  0
𝑉
𝐿
𝑉𝑗+1 𝐻𝑗+1
+ 𝐹𝑗 𝐻𝑗𝐹 + 𝐿𝑗−1 𝐻𝑗−1
− ( 𝑉𝑗 +
𝑊𝑗 )𝐻𝑗𝑉 – (𝐿𝑗 𝑈𝑗 ) 𝐻𝑗𝐿 − 𝑄𝑗 = 0
2*N
N*m
N
Où
N : nombre de plateaux ;
m : nombre de constituants ;
i : constituant ;
j : plateau ;
Nombre d’équations est : N*m + N*m + 2*N + N = (2m+3)N ;
317
COLUMN
Données de la colonne :
Charge
Fj
N
Soutirage
Uj, Wj
2*N
Composition de la charge
Zi,j
m*N
Pression
Pj
N
Quantité de chaleur
Qj, j=2, N-1
N-2
Total
Inconnus :
Composition
Xi,j et Yi,j
2*m*N
Débit
Lj, Vj
2*N
Température
Tj
N
Quantité de chaleur
Q1 et Qn
2
Total
Simulation Aspen HYSYS
(5+m)N-2
(2m + 3)N+2
École de Boumerdès
318
COLUMN
Nombre d’équations < nombre d’inconnus.
Un Degré de liberté de 2 signifie que le système nécessite l’insertion de 2
spécifications pour que le système soit résolu.
La résolution d’un système ne commencera que si le degré de liberté est
égal a’ 0.
Ces spécifications peuvent être :
• Taux de reflux;
• Température dans le rebouilleur.
Remarque :
Type de
colonne
Degré de
liberté
Simulation Aspen HYSYS
Colonne
d’absorption
Colonne de
distillation
Colonne de
distillation avec
condenseur
partiel.
0
2
3
Colonne de
distillation avec
condenseur partiel +
soutirage
4
École de Boumerdès
319
COLUMN
Parmi plusieurs types de colonnes
disponibles dans Hysys, on cite :
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
320
COLUMN
Installation d’une colonne (Connections ):
Type de condenseur
Flux d’énergie dans le
condenseur et dans le
rebouilleur
Produits de tête
et de fond de
colonne
Le nom et le niveau
(étage) de tous les
flux d’alimentation
Nombre d’étages
(plateaux)
L’utilisateur choisit entre la numérotation du
haut vers le bas (Top down) ou du bas vers
le haut (bottomUp) ;
Le nom, le type et le
niveau (étage) des
soutirages.
322
COLUMN
Type du rebouilleur
323
Reboiler Once-Through (rebouilleur à passage unique)
Cette configuration est disponible lors de l'utilisation du rebouilleur de type kettle. Le liquide
provenant de l'étage au-dessus du rebouilleur passe une fois dans le rebouilleur et est renvoyé au
fond de la colonne sous la forme d'un mélange de liquide et de vapeur (qui monte vers le plateau
en haut).
Reboiler Circulation without baffle
Le liquide provenant de l'étage situé au-dessus du rebouilleur
entre dans le puisard, à partir duquel les fonds et l'alimentation
du rebouilleur sont tous deux étirés (avec la même composition).
Le produit du rebouilleur est retourné au-dessus du puisard. De
la vapeur peut également être produite lorsque le retour de
liquide chaud du rebouilleur entre en contact avec le liquide
dans le puisard.
Reboiler Circulation with baffle
Le puisard est divisé en deux sections avec des compositions
différentes. Le liquide provenant du dessus du rebouilleur entre
dans une section, à partir de laquelle l'alimentation du rebouilleur
est tirée. Le produit liquide de rebouilleur entre dans l'autre
section, à partir de laquelle le courant de queue est tiré.
L'excès de retour du liquide de rebouilleur (au-dessus du débit du
courant de queue) déborde dans la première section. La vapeur de
la première section (avec celle du produit de rebouilleur) passe à
l'étage supérieur.
COLUMN
327
COLUMN
328
COLUMN
329
COLUMN
Monitor/ Specs
330
COLUMN
Installation d’une colonne (Monitor) :
Hysys fournit des informations sur :
• Le nombre d’itérations,
• L’erreur cumulée dans la vérification des conditions
d’équilibre,
• L’erreur cumulée dans la vérification des bilans d’énergie
et des spécifications insérées par l’utilisateur.
durant le calcul, les profils de température, de
pression et des deux débits (liquide et vapeur) sont
fournis par Hysys en fonction de la progression de
la solution.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
331
COLUMN
Installation d’une colonne (Monitor) :
Specifications : chaque spécification est donnée par sa valeur spécifique « Specifide value », sa valeur actuelle
« curent value », l’erreur « Weighted Error » et son statut.
Statut des spécifications : chaque spécification peut être :
Active : c’est une spécification qui doit être satisfaite après la convergence de la colonne, elle est intégrée dans le
calcul du degré de liberté;
Estimate : c’est une spécification inactive où l’algorithme de calcul ne cherche pas de la satisfaire. Cette valeur
est utilisée comme une estimation initiale pour la convergence de la colonne et ne rentre pas dans le calcul du
degré de liberté.
Current : la valeur actuelle de la spécification est utilisée dans le programme de calcul.
332
COLUMN
Installation d’une colonne (Specifications ) :
À travers cette page, vous pouvez éditer, créer ou supprimer une spécification.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
333
COLUMN
Installation d’une colonne (Specifications ) :
On trouve ici :
Le nom et le statut de chaque spécification ;
Le type de la spécification : fixed (valeur fixe),
ranged (intervalle), primary (primaire :
nécessaire pour la convergence de la colonne),
ou Alternate (si HYSYS trouvera des difficultés
pour converger la colonne avec la spécification
alternée, elle sera remplacée par une autre
spécification alternée).
Le calculateur (Solver) fait une tentative pour
satisfaire la spécification alternée active, si la
colonne n’est pas résolue après un certain nombre
d’itérations, la spécification alternée active sera
remplacée par une autre spécification alternée non
active.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
334
COLUMN
Installation d’une colonne (Specifications ) :
La valeur fixée et calculée (courante) de chaque
spécification sont affichées ici.
La tolérance et l’erreur calculée sont aussi
affichées. Deux types d’erreurs existent :
« weighted Error » et « Absolute Error », la
dernière n’est que la différence absolue entre la
valeur spécifiée et la valeur courante. Tandis que
« Weighted Error » est une fonction du type
spécifications utilisée.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
335
COLUMN
Installation d’une colonne (Specifications ) :
On trouve, dans cette
page, la liste de toutes
les spécifications ainsi
que leurs
caractéristiques ;
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
336
COLUMN
Installation d’une colonne (Parameters \ Profiles ) :
les profils de température, de
pression, des débits liquides
et vapeurs dans la colonne
sont disponibles dans cette
page.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
337
COLUMN
Installation d’une colonne (Parameters \ Efficiencies ) :
À travers cette page,
l’utilisateur peut spécifier
l’efficacité
de
chaque
plateau ou l’efficacité d’un
certain
plateau
pour
certains constituants en
choisissant
entre
les
options
«
Overall
»
ou « Component ».
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
338
COLUMN
Installation d’une colonne (Parameters \ solver) :
l’utilisateur mentionne, ici, les
options
de
calcul
(nombre
d’itérations, tolérance, méthode de
calcul
dans
les
conditions
critiques….),
la
méthode
de
résolution,
la
méthode
d’accélération et d’amortissement
en
cas
de
problèmes
de
convergence.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
339
COLUMN
Installation d’une colonne (Parameters \ solver) :
On utilise l’option « Acceleration »si l’erreur par rapport
l’équilibre diminue lentement pendant la résolution de la
colonne.
Lorsque « Heat/Specs error » est très petite tandis que « equilib
error » diverge ou oscille, on utilise l’option « Damping ».
Facteur d’amortissement
recommandé pour quelques
colonnes de distillation.
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
340
COLUMN
Installation d’une colonne (Performance) :
• Dans Sammary, on trouve la composition et les débits des alimentations et des produits ainsi que le pourcentage de
récupération de chaque constituant.
• Dans Column Profiles, les profiles de temp, press, débits (Liq et Vap) ainsi que l’enthalpie sont fournis pour chaque
plateau.
• Des informations sur le niveau, le type, la phase, le débit et la température de tous les flux d’alimentation ou de sortie
sont donnés dans Feeds/Products.
•Tous les profiles peuvent être affichés sous forme de tableau ou graphe dans la page Plots.
341
COLUMN
Exemple 1 :
Pour la résolution d’une colonne de distillation (Condensation totale), on donne :
Données de la colonne :
Alim
V/F
1
Pression (kPas)
2068
Débit
(kgmole/hr)
600
Propane
Propene
0.4
0.6
Étudiez l’influence du taux de reflux sur :
• La consommation d’énergie;
• La purification des produits.
Simulation Aspen HYSYS
• Nombre de plateaux : 94.
• Pression dans le condenseur : 280 Psia.
• Pression dans le rebouilleur : 300 Psia.
• Étage de l’alimentation : 47
Spécification :
• Température dans le rebouilleur : 57,2 C.
• Reflux ratio : 16.4.
École de Boumerdès
342
COLUMN
Exemple 2 :
Pour la résolution d’une colonne de distillation (reflux total), on donne :
Feed
Données de la colonne :
Température (°F)
50
• Nombre de plateaux : 18.
Pression (Psia)
480
• Pression de l’étage 0 : 200 Psia.
Débit (lbmole/hr)
1000
• Pression de l’étage 19 : 205 Psia.
C1
C2
C3
iC4
nC4
iC5
nC5
nC6
nC7
Simulation Aspen HYSYS
0.1702
0.1473
0.1132
0.1166
0.1066
0.0963
0.0829
0.0694
0.0975
• Étage de l’alimentation : 9.
Spécification :
• Fraction molaire de C3 dans le liquide du
rebouilleur est 0.01 ;
• Fraction molaire de i-C4 dans la vapeur du
condenseur est 0.01 ;
École de Boumerdès
343
COLUMN
Exemple 3: soit les charges
Feed 1
feed2
T(C)
-95
-85
P ( kPa)
2775
2290
Débit (kgmol/h)
1620
215
N2
0,0025
0,0057
CO2
0,0048
0,0029
C1
0,7041
0,7227
C2
0,1921
0,1176
C3
0,0706
0,0750
IC4
0,0112
0,0204
NC4
0,0085
0,0197
IC5
0,0036
0,0147
NC5
0,0020
0,0102
NC6
0,0003
0,0037
NC7
0,0002
0,0047
NC8
0,0001
0,0027
344
COLUMN
Données
Pression (kpas)
Spécifications
1er ptx
2275
rebouilleur
2310
EX Duty (KJ/h)
2.1 106
Teneur en C1 sur le
1er plateaux.
0.96
345
COLUMN
Données
1. Pompe: pression de sortie 2790 kpas, rendement de la pompe: 75%.
2. DC2: pression dans le condenseur :2725 kpas
perte de charge à travers le condenseur : 35 kpas
pression dans le rebouilleur: 2792 kpas.
teneur en C2 dans le produit de tete :0.98
taux de reflux:2.5
346
COLUMN
Données :
1. Vanne: pression de sortie 1690 kpas.
2. DC3: Pression dans le condenseur :1585 kpas
Perte de charge à travers le condenseur : 35 kpas
Pression dans le rebouilleur: 1655 kpas.
Teneur en iC4 et nC4 dans le produit de tête :0.015
Tteneur en C3 dans le produit de fond :0.02
347
COLUMN
Déterminer la valeur de UA nécessaire pour la même séparation au niveau du
deméthaniseur
Spécifications
EX Duty (KJ/h)
2.1 106
Teneur en C1 dans le 0.96
produit de tête
Conditions d’alimentation en eau:
V/F
1
PRESSION
4 BAR
DEBIT
1000 KGMOL/H
Perte de charge dans l’échangeur est supposée nulle
Simulation Aspen HYSYS
École de Boumerdès
348
COLUMN
Exemple 4: Soit la charge
Données:
• Pression dans le condenseur : 2725 kpas
• Perte de charge à travers le condenseur : 35 kpas
• Pression dans le rebouilleur: 2792 kpas.
• Nombre de plateaux :14.
• Plateau d’alimentation:6.
•Type du condenseur: reflux total.
Convergez la colonne avec ces Spécifications:
• Teneur en C2 dans le produit de tête :0.98
(Primary).
• Produit de tête de colonne: 320 Kgmol/h (alternate
active).
•Taux de reflux :2.5 (alternate non active).
Feed
T(C)
20,73
P ( kPa)
2790
Débit (kgmol/h)
485
N2
0,00000
CO2
0,00056
C1
0,00001
C2
0,61342
C3
0,26592
IC4
0,04633
NC4
0,03707
IC5
0,01853
NC5
0,01120
NC6
0,00264
NC7
0,00275
NC8
0,00153
349
Soit la charge du gaz:
Feed
T(C)
38
P ( bar)
42.2
Débit
(kg/h)
205189
N2
0.0332
He
0.0011
CO2
0,0018
C1
0,8491
C2
0,079
C3
0.0215
IC4
0.004
NC4
0.005
IC5
0.0016
NC5
0.0017
NC6
0.0020
EAU
Solvant
Exemple 5: COLONNE D’BSORPTION
T(C)
38
T(C)
38
P ( bar)
42
P ( bar)
42
Débit (kg/h)
61000
Débit (kg/h)
53400
MEA (mass)
0,15
H2O
1
H2O (mass)
0,85
Données de la colonne
Nbre de plateaux
27
Plateaux de lavage
2
Niveau d’alimentation en
solvant
3
Niveau de soutirage eau
2
Pression sur le 1 er ptx
41 bar
Pression sur le 27 eme ptx
42.2 bar
Typa de plx
Sieve
Espacement entre ptx
0.92 m
Diamètre
2.74 m
Nbre de passe
1
Exemple 6: COLONNE DE REGENERATION :
Soit la charge :
MEA RICH
T(C)
70
P ( bar)
8
Débit
(kgmol/h)
3015
CO2 (mass)
0.0169
MEA (mass) 0,1490
H2O (mass)
0,8340
•Déterminer la concentration du solvant régénéré?
•Déterminer la température de fond de colonne?
Données de la colonne
Nbre de plateaux
21
Niveau d’alimentation
1
Condenser
Fulk Reflux
Pression cond
1.5 bar
Pression reb
1.7 bar
Spec 1: flux vers Atm
918 kg/h
Spec 2: energie du condenseur
- 1.566 e 6 kj/h
Typa de plx
Sieve
Espacement entre ptx
0.7 m
Diamètre
1.22 m
Nbre de passe
1
LOGICAL OPERATION
352
352
1. Adjust
L’opération « Adjust » nous permet de faire varier la valeur d’une variable (dite
variable indépendante) dans un flux donné afin de trouver la valeur spécifiée de la
variable dépendante (variable dépendante). La variable dépendante est,
généralement, spécifiée pour un deuxième flux ou une autre opération.
L’opération « Adjust » peut assurer les
opérations suivantes :
1.
Ajustement d’une variable indépendante jusqu’à ce que la valeur de la variable
dépendante soit satisfaite.
2.
Ajustement d’une variable indépendante jusqu’à ce que la valeur de la variable
dépendante soit égale à la valeur de la même variable dans un autre objet (de
référence) en tenant en compte une certaine compensation ;
353
Nom de l’opération
L’objet est la variable à ajuster
(Variable indépendante) ;
L’objet est la variable dépendante
La valeur cible peut-être introduite selon
trois façons:
• l’utilisateur spécifie directement la
variable dépendante.
• L’utilisateur spécifie la valeur de la
variable dépendante en fonction de la
valeur de cette variable dans un autre
objet ( troisième) .
• L’utilisateur spécifie la variable
dépendante à partir d’une feuille de
calcul.
La valeur cible de la
variable dépendante
(User Supplied) ;
Installation d’une opération « Adjust » : Parameters
L’utilisateur spécifie les critères de convergence de l’opération dans la page
« Parameters » :
résoudre plusieurs « Adjust » simultanément
Deux méthodes existent : Secant (lente
et fiable) et Broyden (rapide, mais n’est
pas fiable) ;
Step Size : la taille du pas d’avancement
de la variable indépendante ;
La « Tolerance » est la différence
maximale (acceptée) entre la valeur
spécifiée et la valeur calculée de la
variable dépendante.
Maximum /Minimum : la limite maximale
et minimale de la variable
indépendante ;
Maximum itérations : nombre
d’itérations maximal.
Installation d’une opération « Adjust » : Monitor
La variation de la variable dépendante en
fonction de la variable à ajuster est donnée
dans la page Monitor sous forme de tableau
et sous forme de graphe.
356
Exemple 1 :
Soit la charge :
Feed
Température (°F)
60
Pression (Psia)
600
Débit (ACT m3/h)
1000
C1
C2
C3
I_C4
N_C4
I_C5
N_C5
N_C6
N_C7
N_C8
0.4861
0.1389
0.0694
0.0625
0.0556
0.0486
0.0417
0.0486
0.0278
0.0208
357
Exemple 2 : déterminer le débit traversant un réseau pour
avoir une certaine pression à la sortie
Puits
Un système de collecte de gaz situé sur un terrain comme suite. T ( C )
1
2
40
45
P (Bar g)
40,33
33,48
Débit (kgmol/h)
425
***
N2
0,0002000
0,0025000
CO2
0,0405000
0,0237000
H2S
0,0151000
0,0048000
C1
0,7250000
0,6800000
C2
0,0815000
0,1920000
C3
0,0455000
0,0710000
IC4
0,0150000
0,0115000
NC4
0,0180000
0,0085000
IC5
0,0120000
0,0036000
NC5
0,0130000
0,0021000
NC6
0,0090000
0,0003000
NC7
0,0252000
0,0000000
H2O
0,0000000
0,0000000
Segment
Branche
Longueur m
Elévation
NPS : Diamètre
change m
nominal [mm] /
Schedule 40
1
150
6
80
2
125
-6.5
80
3
100
0.5
80
Branche 2
1
150
2
80
2
100
0,5
80
Branche 3
1
100
0
100
2
120
2
100
Branche 1
Toutes les conduites sont de la classe « Schedule 40 steel », elles sont enterrées à une profondeur de 1 m où la
température de l’environnement (sable sec) est de 5 ° C.
Déterminer le débit de la deuxième alimentation si la pression à la fin du réseau est 30 bar-g
Exemple3 :
Afin d’éviter la formation d’hydrate, un débit de méthanol est injecté avant
l’échangeur.
360
Données:
Composants
N2
CO2
C1
C2
C3
IC4
nC4
iC5
nC5
C6+
% Molaire
0.4
0.52
90.16
4.69
1.85
0.79
0.51
0.27
0.18
0.63
Déterminer :
- la teneur en eau à la saturation (% mol ou mass).
- température de formation d’hydrates à la sortie de l’échangeur.
- Le débit du méthanol à injecter pour éviter la formation d’hydrate en
prenant une marge de sécurité de 5°C (le méthanol sera injecté à 98
wt%).
 Débit volumique: 1572 Act m 3/h
 Pression d’alimentation: 70 bar
 Température : 40°C
361
2. Recycle
L’opération « Recycle » est installée, par l’utilisateur, dans le but de simuler le recyclage d’un flux de matière.
Dans cette opération, le flux d’alimentation est nommé « Calculated recycle stream » et le produit est appelé
« Assumed recycle stream ». Les étapes suivantes auront lieu pendant la procédure de convergence :
1. Hysys utilise les conditions de « Assumed Stream » et résout le procédé jusqu’au «calculated stream » ;
2. Hysys compare les résultats du flux calculé « Calculated stream » à ceux du flux assumé « Assumed
stream » ;
3. Selon la différence entre les résultats, Hysys modifie les conditions dans « Calculated stream » et
transfère les valeurs modifiées au « Assumed stream » ;
4. Le calcul sera répété jusqu’à ce que la différence entre les résultats des deux flux soit inférieure ou égale
à la tolérance choisie;
362
Installation d’une opération « Recycle » :
Dans la page « Connections », on spécifie :
• Nom de l’opération recycle ;
• Nom du flux d’alimentation « Calculated stream» ;
• Nom du flux de sortie « Assumed stream » ;
363
Installation d’une opération « Recycle » : Parameters
Hysys Internal Tolerances
Variable
Internal tolerance
Vapour Fraction
0.01
Temperature
0.01
Pressure
0.01
Flow
0.001
Enthalpy
1.00
Composition
La tolérance (condition de convergence)
est définie comme étant le produit :
Sensibilité * Tolérance interne. Les
valeurs de la tolérance interne sont
données dans le tableau en face.
0.0001
364
Installation d’une opération « Recycle » (Parameters\ Numerical) :
Mode :
• Nested : utilisez cette option pour
résoudre une seule opération
« Recycle » ou pour résoudre
plusieurs « Recycles » qui ne sont
pas connectés entre eux;
• Simultaneous : utilisez cette
option pour résoudre toutes les
opérations « Recycle » en même
temps ;
Acceleration iteration :
• Wegstein : ignorer les interactions entre les variables qui seront accélérées ;
• Dominant Eigenvalue : tenir en compte les interactions entre les variables qui
seront accélérées. On utilise cette option si le système est non idéal ou s’il y a
des interactions très fortes entre les constituants ;
365
Installation d’une opération « Recycle » (Parameters\ Numerical) :
L’utilisateur spécifie, aussi, les paramètres de la méthode « Wegstein » :
• Acceleration frequency : c’est le nombre de pas à réaliser avant de faire une
accélération (plus cette valeur est petite, plus les variables accélèrent) ;
• Q maximum/ Q minimum : sont les limites minimale et maximale du facteur
d’accélération. La valeur estimée est calculée, en fonction du facteur
d’accélération, selon la relation suivante:
X n 1  QX n  1  Q  Yn
Avec

X : valeur estimée ;
Y : valeur calculée ;
n : nombre d’itérations ;
Q : facteur d’accélération.
Acceleration Delay : ce terme permet de retarder l’accélération jusqu’à
l’étape indiquée.
366
Exemple 1 :
Dans cet exemple, on alimente un séparateur (V100) par deux flux : Feed et Recycle.
La phase vapeur, récupérée en tête de ce séparateur, passe à travers un
« Expender » et le produit sera re-flashé dans le deuxième séparateur (V101). Une
partie de la phase liquide de ce dernier séparateur est pompée, comme un recyclage,
vers le premier séparateur.
367
Conditions
Simuler le procédé
précédant en tenant en
compte les données :
Composition
Température (°F)
60
Pression (Psia)
600
Débit molaire (kgmole/h)
1195
N2
0.0069
CO2
0.0138
C1
0.4827
C2
0.1379
C3
0.0690
i-C4
0.0621
n-C4
0.0552
i-C5
0.0483
n-C5
0.0414
n-C6
0.0345
n-C7
0.0276
n-C8
0.0206
368
Les équipements du cycle seront déterminés selon les spécifications suivantes:
Séparateur : V-100
Chute de pression
Expender : K-100
Pression (V-101-Feed)
Rendement
0 Psi
300 Psia
75%
Séparateur : V-101
Chute de pression
Tee : Tee-100
Flow Ratio
0.5
Pompe : P-100
Rendement
75%
Pression (P-100-out)
1.45 Psi
600 Psia
369
Exemple 2 colonne de distillation
Reflux T02
73.18
15.5
6.691 e4
CO2
N2
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
NC6
NC7
0.00
0.00
0.00
0.0105
0.5544
0.1719
0.1704
0.0471
0.0249
0.0138
0.0069
Données de la colonne T-01
Nombre de plateaux /
plateau d’alimentation
35/15
Pres du 1er plateau
15.00bar_g
Pres dans le reb
15.50bar_g
Temp du plateau (30)
141 °C
Efficacité des plateaux
100 %
53.5
15.00
1137.9
Composition (kgmole/hr)
Température (C)
Pression (bar_g)
Débit (kg/hr)
Conditions
49B
Température (C)
Pression (bar_g)
Débit
(kgmole/hr)
CO2
N2
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
NC6
NC7
0.00
0.00
0.00
31.25
682.18
211.77
209.62
2.78
0.29
0.00
0.00
Pour calculer la colonne, on fait une
estimation initiale du reflux de tête.
L’échangeur AE-02 est calculé avec les spécifications suivantes:
• T(63B): 53 C
• P(63B): 14.50 bar_g.
• F(63B): 1137.8 kgmole/h.
Recyclez le produit de la pompe vers
la tête de la colonne.
Le calcul de la pompe de reflux se fait avec les
spécifications suivantes:
• P(reflux): 15.00bar_g.
• rendement de la pompe est 75%.
Vérifiez si les spécifications des produits sont bien respectées.
Spécifications des produits
Spécifications
poids moléculaire
GPL
Condensât
49
76,36
Masse volumique à 15°C [Kg/m3]
530
637
Teneur en C2 [%molaire]
3
------
Teneur en C5+ [%molaire]
0,4
------
TVR [psia]
------
15,7
3. SpreadSheet (feuille de calcul)
Le SpreadSheet ou Feuille de Calcul peut être utilisé pour manipuler ou exécuter des
calculs personnalisés sur les variables du FlowSheet avec un accès direct à toutes
les variables. Les calculs sont exécutés automatiquement et les cellules de la feuille
de calcul sont actualisées après toute modification des variables du procédé.
Des formules mathématiques complexes, des fonctions arithmétiques,
logarithmiques, trigéométriques et programmation logique sont des opérations
disponibles et simples à utiliser dans « Spreadseet ».
Vous pouvez importer, virtuellement, n’importe quelle variable existant dans la
simulation vers le SpreadSheet, comme vous pouvez, aussi, exporter n’importe
quelle valeur spécifiée ou calculée dans le SpreadSheet vers les variables du
Flowsheet. Deux méthodes existent pour importer ou exporter une variable de ou
vers le spreadsheet :
• Dans la page de connexion, utilisez les boutons : Add Import, Add Export ;
• Utilisez (dans le spreadsheet) le bouton droit de la souris pour importer ou exporter
une variable.
373
Fonctions du Spreadsheet :
Sélectionnez le bouton « Function Help » pour éditer les fonctions disponibles dans le spreadseet. Toutes les
fonctions doivent être commencées par « + : Straight math» ou « @ : special function, logarithmic… »
General math
functions
Logarithmic
Functions
Addition : +;
Subtraction : - ;
Multiplcation :* ;
Division : / (ex : +6+4/2=8 et ne pas 5 ,
+(6+4)/2=5 );
Absolute value : @abs ;
Power : ^, (ex :+3^3=27 ) ;
Squart Root : @Sqrt, @sqrt(16) = 4;
Pi : +Pi=3.1415 ;
Factoriel : ! (ex : +5 !-120=0) ;
Natural Log : @ln (ex :@ln(2.73)=1.004 ) ;
Base 10 log : @log (ex :@log(1000)=3 ) ;
Exponentiel : @Exp (ex :@Exp(3)=20.09 ) ;
Hyperbolic : @Sinh, @cosh, @tanh (ex :
@tanh(2)=0.964 ;
374
Trigonometric
functions
Standard : @sin, @cos, @tan,
Inverse : @asin, @acos, @ztan (ex :
@asin(1)=1.571 radian)
Logical operators Equal to: = =;
Not equal to :!=
Greater than: > ;
Less then: < ;
Greater than or equal to: >= ;
Less then or equal to: <= ;
@if(condition)then(instruction1)else(instructi
on2).
Supposant que la cellule A3 contient le chiffre
6.
@if(A3>10)then(10)else(A3/2).
375
Installation d’une opération « SpreadSheet » :
376
Exemple 1 : Calcul du Reynolds à partir du débit massique
La relation qui nous permet de déterminer le nombre de Reynolds est :
Avec
d : Longueur caractéristique (diamètre) ;
U : Vitesse d’écoulement ;
 : Masse volumique (Density) ;
 : Viscosité dynamique du fluide.
• Créez un flux de matière avec les conditions suivantes :
Conditions
Composition
Température (°C)
30
Pression (kpas)
101.3
Débit massique (kg/h)
400
H2O
1
377
Suivez les étapes suivantes :
• Installez une feuille de calcul « Spreadsheet » ;
• Créez dans la page « Spreadsheet », la variable « Diameter » de type longueur, la
valeur donnée à cette variable est 2.10-2 m ;
• Importez la variable « mass flow » ;
• Importez la variable « mass density » ;
• Importez la variable « viscosity » ;
• Déterminez la variable « Area 
d2
4
»;
 Mass flox 

• Déterminez la variable « Velocity  
 3600 


d
• Déterminez le nombre de Rynolds :
Re 
 Mass density Area  » ;




u .

• Vérifiez les unités avant de faire chaque opération.
378
Spreadsheet
Formulas
Connections
Parameters
Exemple 2 : Calcul d’un débit massique à partir de Reynolds
Créez un flux de matière avec les conditions suivantes :
Conditions
Composition
Température (°C)
30
Pression (kpas)
101.3
Débit massique (kg/h)
-
H2O
1
• A travers cet exemple, on recalcule le débit massique d’un flux donné supposant
que le nombre de Reynolds est connu.
380
• Installez une deuxième feuille de calcul « Spreadsheet » ;
• Créez dans la page « Spreadsheet », la variable « Diameter » de type
longueur, la valeur donnée à cette variable est 2.10-2m ;
• Importez la variable « mass density » ;
• Importez la variable « viscosity » ;
• Importez, de la première feuille de calcul, la valeur de Reynolds ;
d2
• Déterminez la variable «
Area 
• Déterminez la variable «
Mass Flow 
4
»;
Re  Area
d
»;
• Vérifiez les unités avant de faire chaque opération.
• Exportez la valeur calculée vers le flux correspond.
381
Spreadsheet
Formulas
Connections
382
4. Set
L’opération « Set » a pour but de régler la valeur d’une variable de process
(Process Variable PV) en fonction d’une autre variable, de même type, en
utilisant la relation suivante.
Y=M*X+B
Avec
Y : variable dépendante (Target) ;
X : variable indépendante (Source) ;
M : multiplicateur, ou pente (Multiplier) ;
B : compensation (Offset) ;
383
Installation d’une opération « Set » :
Dans la page « Connections », l’utilisateur spécifie :
• Target Object : le flux ou l’opération dans laquelle la
variable dépendante sera déterminée. Pour
sélectionner le flux (ou l’opération) on utilise le bouton
« Select Var » ;
• Target Variable : c’est la variable dépendante ;
• Source object : le nom du flux ou de l’opération de
référence (source) qui comporte la variable
indépendante ;
À travers la page Parameters, l’utilisateur
définit la relation entre les deux variables
(dépendante et indépendante). Pour définir
cette relation, l’utilisateur doit spécifier les
deux valeurs M et B ;
384
EXEMPLE: Étude de l’influence de la pression de détente sur la
récupération du GPL.
Le procédé schématisé sur la figure ci-dessous a pour but de récupérer le GPL
dans le Prod-3 en éliminant les légers à travers (Prod_1 et Prod_2).
385
Le flux d’alimentation est donné comme suite :
Alim
Condition
Composition
Température (°F)
Pression (Psia)
Débit molaire (lbmole/hr)
60
600
100
N2
0.0149
CO2
0.0020
C1
0.9122
C2
0.0496
C3
0.0148
i_C4
0.0026
n_C4
0.0020
i_C5
0.0010
n_C5
0.0006
n_C6
0.0003
Pour faire les calculs, on donne :
Appareil Spécifications
Cooler1
Température de sortie : -54,4 F ;
Delta P :1,45 Psi ;
Cooler2
Température de sortie : -105 F ;
Delta P :1,45 Psi ;
Expender Rendement adiabatique : 75% ;
Pression de sortie : 330 Psia ;
Vanne
Pression de sortie : 335 Psia ;
Colonne
Nombre d’étages : 5 ;
Pcond :330 Psia ;
Preb :335 Psia ;
Étage de la 1er alimentation :1;
Etage de la 2eme alimentation :3 ;
Fraction molaire de C3 en tête (Prod2) :0.01 (Estimat);
Température dans le rebouilleur : 80,5 °C.
386
• utilisez l’opération SpreadSheet pour le calcul du taux de récupération de « C3+ » dans le Prod 3 par rapport la
charge.
Supprimer les pressions des courants : Prod_2, 6, Prod_3. Recalculer ces
pressions par l’utilisation de l’opération SET de tel sorte que :
• P(6) =P(4) +5 Psia.
• P(Prod_2) =P(4).
• P(Prod_3) =P(6).
C1 -
C2 -
En utilisant le « CaseStudies », Étudiez l’influence de la variation de la pression de détente (550-330) sur :
• Le taux de récupération de C3+.
• La consommation de l’énergie dans le rebouilleur.
C3+
387
Résultats :
388
Balance:
L'opération Balance fournit une installation de bilan thermique et
matière à usage général. La seule information requise par la balance
est le nom des flux entrant et sortant de l'opération.
Type
Définition
Mole
Un bilan global est effectué où seul le flux molaire de chaque composant est conservé. Il peut être utilisé pour
transférer le flux et la composition d'un flux de process dans un second flux.
mass
Un bilan global est effectué où seul le débit massique est conservé.
Heat
Un bilan global est effectué où seul le flux de chaleur est conservé. Une application serait de fournir la différence
entre l’énergie consommée et fournie dans un procédé.
Mole and
Heat
Un bilan global est effectué là où le bilan thermique et molaire est conservé.
Mass and
Heat
Un bilan global est réalisé où le débit massique global et le flux thermique sont conservés.
General
HYSYS résout un ensemble de n inconnues dans les n équations développées à partir des flux attachés à
l'opération. Les rapports de composants peuvent être spécifiés sur une base de mole, de masse ou de volume de
liquide.
Exemple 1:
Déterminer le débit et la composition du mélange.
FEED 1
FEED 2
T(C)
40
45
P (KPAS)
4134
3449
F
(Kgmol/h)
425
248,7
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
NC6
NC7
H2O
0,0002
0,0405
0,0151
0,725
0,0815
0,0455
0,015
0,018
0,012
0,013
0,009
0,0252
0
0,0025
0,0237
0,0048
0,68
0,192
0,071
0,0115
0,0085
0,0036
0,0021
0,0003
0
0
Exemple 2: soit la charge :
E1 IN
T(C)
40
P (KPAS)
4134
F
(Kgmol/h)
***
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
IC4
NC4
IC5
NC5
NC6
NC7
H2O
0,0002
0,0405
0,0151
0,725
0,0815
0,0455
0,015
0,018
0,012
0,013
0,009
0,0252
0
Etablir le PFD en utilisant les données :
Température de sortie
-40 C
Delta P E100
5 Psi
E1 duty
1,2 e6 Kj/h
Delta P E101
5 Psi
E2 duty
2,5 e6 Kj/h
Exemple 3: on suppose qu’une opération est installer pour séparer le mélange Benzene+ CycloHexane en utilisant l’Acetone.
Cette opération nous permet de récupérer le benzene pur et un mélange azeotropique acetone+ CycloHexane.
Installez les flux de matière selon le tableau suivant:
Azeo Feed
Acetone
Azeo Liq
Benzene
Mass flow (kg/h)
85
-
-
-
Benzene (mol frac)
0,818
CycloHexane (mol frac)
0,482
Acetone (mol frac)
0
Exemple 4: l’alimentation d’un
réacteur nécessite un certain rapport
entre le méthane et l’eau. Les deux
alimentations de ce réacteur sont
comme dans le tableau en face et le
rapport est comme suite (methane 1:
H2O 1).
Déterminer
les
condition
d’alimentation du réacteur.
1
Déterminer les débits massique de tous
les flux en utilisant Balance/General?
utilisez le modèle Uniquac.
0,3124
1
0,6876
Feed 1
Feed 2
Reactor feed
T (C )
40
200
-
P (Kpas)
7000
7000
7000
F (Kgmol/h)
10000
Methane (mol frac)
0,95
0
-
CO (mol frac)
0,005
0
-
CO2 (mol frac)
0,04
0
-
H2O (mol frac)
0,005
1
-
-