Decision support in the preliminary design of flash evaporation processes
Aide à la décision pour la conception préliminaire de procédés d'évaporation flash.
Résumé
Flash evaporation phenomenon is characterized by partial vaporization of the liquid fraction of a fluid (turbid or not), causing the cooling of the non vaporized fraction of this fluid. This work is devoted to the development of a decision support tool for the preliminary design of a two-staged flash evaporation process. This tool is based on the implementation of a formalization approach divided into three stages.
Analysis and Structuring of the design problem (first stage) aim to define and select the relevant elements needed for the design problem solving. The selected elements affect the modelling of physical phenomena related to components behaviour (condensers, droplet catcher, vacuum pumps, etc.). They also concern technical, economical and environmental criteria. Formulation and qualification of the models obtained (second stage) lead to the expression of a Constraint Satisfaction Problem (CSP) expressed and adapted to decision support context and tools. The qualification step of the model describing the physical behaviour of the process has been carried out starting from experimental results obtained with an instrumented pilot unit. Numerical processing of the entire design problem (third stage) is carried out using a CSP solver.
This solver allows the solving of heterogeneous problems (variables defined on continuous or enumerated fields, equalities, inequalities or logical rules). The different design problems handled in this work prove to validate the formalisation approach by leading to efficient technical solutions regarding energy or environmental levels. These solutions offer a significant reduction in the size of the installations and allow the optimization of resources exploitation, materials, energy or water.
Analysis and Structuring of the design problem (first stage) aim to define and select the relevant elements needed for the design problem solving. The selected elements affect the modelling of physical phenomena related to components behaviour (condensers, droplet catcher, vacuum pumps, etc.). They also concern technical, economical and environmental criteria. Formulation and qualification of the models obtained (second stage) lead to the expression of a Constraint Satisfaction Problem (CSP) expressed and adapted to decision support context and tools. The qualification step of the model describing the physical behaviour of the process has been carried out starting from experimental results obtained with an instrumented pilot unit. Numerical processing of the entire design problem (third stage) is carried out using a CSP solver.
This solver allows the solving of heterogeneous problems (variables defined on continuous or enumerated fields, equalities, inequalities or logical rules). The different design problems handled in this work prove to validate the formalisation approach by leading to efficient technical solutions regarding energy or environmental levels. These solutions offer a significant reduction in the size of the installations and allow the optimization of resources exploitation, materials, energy or water.
L'évaporation flash est un phénomène qui se caractérise par la vaporisation partielle d'une fraction liquide d'un fluide (chargé ou non en particules solides), provoquant le refroidissement de la matière non vaporisée. Le travail proposé a pour objectif de développer un outil d'aide à la décision pour la conception préliminaire d'un procédé d'évaporation flash bi-étagé. Cet outil est basé sur la mise en oeuvre d'une démarche de formalisation en trois étapes. L'analyse et la structuration du problème (étape 1), visent à déterminer et sélectionner les éléments pertinents du problème de conception préliminaire. Les éléments retenus concernent la modélisation des phénomènes physiques liés au comportement des composants, comme les condenseurs, le dévésiculeur, la pompe à vide, etc. Ils se rapportent également à des critères technico-économiques et à des écocritères. La formulation et la qualification des modèles (étape 2) conduisent à l'expression d'un Problème de Satisfaction de Contraintes (CSP) formulé et adapté à un contexte et à des outils d'aide à la décision. La qualification du modèle lié au comportement physique du procédé d'évaporation flash bi-étagé a été réalisée à partir de résultats expérimentaux obtenus à l'aide d'un pilote instrumenté. Le traitement numérique du problème de conception (étape 3) est ensuite réalisé à l'aide d'un solveur CSP, permettant de résoudre des problèmes hétérogènes (variables définies sur des domaines continus ou énumérés, contraintes égalitaires, inégalitaires ou règles logiques). Les différents problèmes de conception traités dans le cadre de ce travail ont permis la validation de la démarche de formalisation pour la conception préliminaire de procédés d'évaporation flash, en aboutissant à des solutions techniques performantes sur les plans énergétique et environnemental, qui offrent une réduction du volume de l'installation conséquente et permettent une optimisation de l'exploitation de ressources (matériaux, énergie, eau).
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