Contribution à la modélisation dynamique simplifiée d'un procédé d'adsorption modulée en pression (P.S.A.) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

Contribution to the simplified dynamic modeling of a Pressure Swing Adsorption process (P.S.A.)

Contribution à la modélisation dynamique simplifiée d'un procédé d'adsorption modulée en pression (P.S.A.)

Résumé

One of the objectives of this study was to build a model able to
predict the transient comportment and to quickly estimate the
state of the Pressure Swing Adsorption (P.S.A.) processes at the
cyclic steady state. Computing time problems are still encountered
today, whereas a fast and reliable simulator is necessary for the
process,optimal dimensioning and even for its control.

Two approaches were so adopted. The first one consists in
accelerating the simulation of each step of the cycle by
simplifying the model of bidispersed pellet of adsorbent. The
approach used to simplify the pellet model is close to the one
used to establish the traditional model of « Linear Driving
Force ». The influence on the model structure of the state
variables choice, as well as the influence of space distribution
of resistances to the mass transfer in the pellet have been
studied . The column global model based on this pellet model led
to simulations of breakthrough curves in good agreement with those
in the literature.

The second approach is based on the approximation of the cyclic
process by an equivalent continuous process. The simulator
obtained can estimate almost instantly the transient comportment
and the cyclic steady state of the system. For kinetic
separations, simulations using this model are in good agreement
with those obtained using a traditional cyclic model.

The other objective of this work was to design a P.S.A. pilot,
entirely controlled by computer, which allows to follow the outlet
compositions, as well as temperature profiles in each column. An
experimental study has been done on this pilot. It relates to the
separation of methane and carbon dioxide mixtures on a zeolite 5A.
This study, associated with the experimental results in the
literature, validates our first model.
L'un des objectifs de cette étude était de proposer un modèle
capable de prédire le régime transitoire et d'estimer rapidement
l'état des procédés cycliques de séparation de gaz par adsorption
modulée en pression (P.S.A.) en régime établi. En effet, des
problèmes de temps de calcul se posent encore de nos jours, alors
qu'un simulateur rapide et fiable est nécessaire au
dimensionnement optimal du procédé, voire son contrôle.

Dans ce but, deux approches ont été adoptées. La première consiste
à accélérer la simulation de chacune des étapes du cycle en
simplifiant le modèle de grains d'adsorbant bidisperses. La
démarche suivie pour simplifier le modèle intra-granulaire est
proche de celle employée pour établir le modèle classique de
« Linear Driving Force ». Une étude a été menée concernant le
choix des variables d'état et la répartition spatiale des
résistances au transfert de matière dans le grain. Ces deux
paramètres ont en effet tous deux une influence sur la structure
du modèle. Le modèle global de colonne basé sur ce modèle
intra-granulaire conduit à des simulations de courbes de perçage
en bon accord avec celles de la littérature.

La seconde approche repose sur l'approximation du procédé cyclique
par un procédé continu équivalent. Le simulateur basé sur ce
modèle permet d'estimer à la fois la mise en régime et l'état du
système en régime établi de façon quasi-instantanée. Pour des
séparations de type cinétique, les simulations obtenues avec ce
modèle sont en bon accord avec celles obtenues avec un modèle
cyclique classique.

L'autre objectif de ce travail était de concevoir un pilote de
procédé P.S.A. intégralement contrôlé par informatique, permettant
de suivre les compositions de sortie, ainsi que les profils de
température dans chaque colonne. Une étude expérimentale a été
menée sur ce pilote. Elle porte sur la séparation de mélanges de
méthane et de dioxyde de carbone sur une zéolithe 5A. Cette étude,
associée aux résultats expérimentaux de la littérature, permet de
valider notre premier modèle.
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Format : Autre

Dates et versions

tel-00008325 , version 1 (02-02-2005)
tel-00008325 , version 2 (06-12-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00008325 , version 2

Citer

Damien Leinekugel-Le-Cocq. Contribution à la modélisation dynamique simplifiée d'un procédé d'adsorption modulée en pression (P.S.A.). Autre. Université Claude Bernard - Lyon I, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00008325v2⟩
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