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Theses Year : 2023

Contribution to the development of multi-products, multi-operations agri-food process simulators : Application to cassava flour

Contribution au développement de simulateurs de procédés agroalimentaires multi-produits, multi-opérations : application à la farine de manioc

Abstract

Cassava flour producers express a need for assistance in designing and operating more energy-efficient and thus more profitable units. A process simulator would be an effective tool to meet this demand. However, no existing tool allows to simulate this process. More generally, no commercial multi-product, multi-operations simulator is available for food matrices. This is mainly due to the lack of process models and generic properties. This work contributes to the development of multi-products, multi-operations, multi-technologies agri-food process simulators, based on a concrete case: cassava flour. The simulator developed takes into account the local context in which the simulated process takes place.The models needed to simulate cassava flour processing were first defined. Multi-products first-principal models were selected from the literature and adapted to cassava for the dehydration operations (filtration-consolidation and diffusive-convective drying). They are based on models of product properties, some of which are essential but unavailable in the literature for cassava (e.g. diffusivity, specific filtration resistance). In order to be as generic as possible, these property models were identified on measurements made under multiple experimental conditions and on multiple cassava forms (origin, geometry, level of processing). The other models (costs, manual and fragmentation operations) were deduced from data collected or measured in the field.A process simulator at the scale of the processing unit was developed. Aiming to be accessible to multiple actors, it was developed in Python, an open source language. In addition, it is intended to be a functional foundation, into which elements (operations, products, criteria) can be easily added. To this end, it has been developed according to a modular approach used in commercial chemical engineering software such as ProSimPlus, AspenPlus.The models chosen, developed and fitted during this thesis have been implemented in this simulator. The costs, energy consumption and the state of the flows (products, utilities, coproducts) can thus be predicted at each stage of the cassava flour production process, depending on the design and settings of the operations.
Les producteurs de farine de manioc expriment un besoin d'aide pour concevoir, régler et conduire des unités plus performantes énergétiquement et ainsi plus rentables. Un simulateur de procédé serait un outil efficace pour répondre à cette demande. Or, aucun outil existant ne permet de simuler ce procédé. Plus généralement, aucun simulateur commercial multi-produits, multi-opérations n'est disponible pour des matrices alimentaires. Ceci est notamment dû au manque de modèles de procédés et de propriétés génériques. Ce travail contribue au développement de simulateurs de procédés agroalimentaires multi-produits, multi-opérations, multi-technologies, en partant d'un cas concret : la farine de manioc. Le simulateur développé tient compte du contexte local dans lequel s'inscrit le procédé simulé.Les modèles nécessaires pour simuler la transformation du manioc en farine ont d'abord été définis. Des modèles phénoménologiques multi-produits ont été sélectionnés dans la littérature et adaptés au manioc pour les opérations de déshydratation (filtration-consolidation et séchage diffusif-convectif). Ils reposent sur des modèles de propriétés du produit, dont certains, essentiels, sont indisponibles dans la littérature pour le manioc (e.g. diffusivité, résistance spécifique de filtration). Afin d'être aussi génériques que possible, ces modèles de propriétés ont été identifiés sur des mesures effectuées dans un large domaine expérimental et sur de multiples formes du manioc (origine, géométrie, niveau de transformation). Les autres modèles (coûts, opérations manuelles et de fragmentation) ont été déduits de données collectées ou mesurées sur le terrain.Un simulateur de procédés à l'échelle de l'unité de transformation a été développé. Visant à être accessible à de multiples acteurs, il a été développé en Python, un langage libre. De plus, il se veut être une fondation fonctionnelle, dans laquelle des éléments (opérations, produits, critères) pourront être ajoutés facilement. Pour ce faire, il a été développé selon une approche modulaire utilisée dans des logiciels de génie chimique commerciaux tels que ProSimPlus, AspenPlus.Les modèles choisis, développés et calés durant cette thèse ont été implémentés dans ce simulateur. Les coûts, les consommations énergétiques et l'état des flux (produits, utilités, coproduits) peuvent ainsi être prédits à chaque étape du procédé de production de farine de manioc, selon la conception et les réglages des opérations.
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Dates and versions

tel-04500242 , version 1 (11-03-2024)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04500242 , version 1

Cite

Léa van der Werf. Contribution au développement de simulateurs de procédés agroalimentaires multi-produits, multi-opérations : application à la farine de manioc. Ingénierie des aliments. Université de Montpellier, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UMONG008⟩. ⟨tel-04500242⟩
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