A "MINLP" Formulation for Optimal Design of a Catalytic Distillation Column Based on a Generic Non Equilibrium Model

This contribution proposes a Mixed Integer Non Linear Programming (MINLP) formulation for optimal design of a catalytic distillation column based on a generic nonequilibrium model (NEQ). The solution strategy for the global optimization combines Simulated Annealing (SA) and Sequential Quadratic Programming (SQP) in order to minimize the objective function. The solution of this MINLP problem yields the optimal values for the temperature, composition and flow rate profiles, tray geometry, column diameter, reflux ratio, reboiler duty, feed tray location, number of trays and catalytic stage location. Hydraulic constraints (entrainment flooding, down-flow flooding, weeping-dumpling) are also considered. For the example, the production of ETBE (Ethyl tert-butyl ether) is presented here

Infinite/infinite analysis as a tool for an early oriented synthesis of a reactive pressure swing distillation

The study contributes to the characterization of an original reactive pressure swing distillation system. The methyl acetate (MeAc) transesterification with ethanol (EtOH) to produce methanol (MeOH) and ethyl acetate (EtAc) is shown as illustrative example. The streams outside the units are evaluated by the ∞/∞ analysis to provide insights on the process behavior. Two simpler systems with recycling stream are also presented.The ∞/∞ analysis allows checking the interrelation of the system streams without any column design consideration. Unfeasible regions, low limit values, multiplicity regions, discontinuities, control difficulties, recommendable operation conditions and column profile combinations are predicted and discussed. All these information are useful to establish an early and suitable system design strategy

Modélisation par prise de moyenne volumique des phénomènes de transports en milieu poreux réactif (application au garnissage d'une colonne d'absorption gaz-liquide)

Le Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés de Pau travaille en parallèle depuis plusieurs années sur les deux thématiques suivantes, la modélisation des réacteurs multifonctionnels et la modélisation des transports en milieux poreux. Dans ce travail, un modèle général de transports en milieu poreux multiphasique multiconstituant réactif est développé puis appliqué au cas particulier de l absorption réactive afin de décrire les phénomènes se produisant au sein du garnissage. La modélisation débute par une description classique de chacune des phases continues grâce aux équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l énergie. Les phases fluides sont multiconstituantes et le siège de réactions homogènes. Bien qu à cette échelle les mécanismes soient parfaitement décrits, le passage à la simulation impose une étape d homogénéisation par prise de moyenne. Ce changement d échelle conduit à un système d équations à l échelle locale. Le modèle est appliqué à l absorption du dioxyde de carbone dans une solution aqueuse d hydroxyde de sodium au sein d une colonne garnie. Les simulations bidimensionnelles instationnaires fournissent des informations locales sur le procédé. Les résultats obtenus montrent une bonne adéquation avec la connaissance classique des mécanismes d absorption réactive.The Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés de Pau works on the two following subjects, modeling of multifunctional reactor and modeling of transport in porous media. In this work, a general model of transport in multiphase multi component reactive porous media is developed and then applied to the specific case of reactive absorption in order to describe the phenomena which occur within the packing. Modeling begins with a classic description of each continuous phase through the equations of conservation of mass, momentum and energy. The fluid phases are multi component and reactive. Although mechanisms are perfectly described at this scale, the simulation imposes a homogenization by volume averaging. This change of scale leads to a set of equations at the local scale. The model is applied to the absorption of carbon dioxide in an aqueous solution of sodium hydroxide within a packed column. Unsteady two-dimensional simulations provide local information about the process. The results obtained show a good agreement with the classical knowledge of reactive absorption mechanisms.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

EXPERIMENTAL STUDIES OF SOLUBILITY OF ELEMENTAL SULPHUR IN SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE BETWEEN 10 AND 40 MPA

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Étude des machines frigorifiques à absorption et à absorption-diffusion utilisant un mélange d'alcanes (étude systémique et modélisation rigoureuse de l'absorbeur)

Le présent travail est consacré en premier lieu à l'investigation des limites de fonctionnement et de performances des machines frigorifiques à absorption et absorption-diffusion utilisant des mélanges d'alcanes comme fluides de travail et l'analyse en second lieu du processus d'absorption le long d'un absorbeur à film tombant en présence d'un gaz inerte. Dans le cas d'un refroidissement à l eau les meilleures performances réalisées sont celles d'une machine utilisant le binaire C H /n-C H avec un COP de l'ordre de 0.51 dans l'intervalle de la température de la chaleur motrice [110-125 ]. Une machine à absorption-diffusion utilisant ce même mélange en combinaison avec l hydrogène permet de réaliser un COP de l'ordre de 0.44 pour une température de la chaleur motrice ne dépassant pas 120 . Une étude approfondie est par suite menée sur l absorption en présence d un gaz inerte. Les résultats des l étude ont montré entre autres que les deux résistances aux transferts de chaleur et de matière sont toutes les deux prédominantes en phase vapeur et ont révélé un taux d'absorption de l'ordre de 34% à travers une surface d'échange de 0.15m . Pour évaluer la réponse du système aux variations de ses principaux paramètres caractéristiques une étude paramétrique a été menée. Cette étude a permis d'appréhender le comportement complexe du processus d'absorption en présence d'un gaz inerte.This work is aimed primarily to investigate the feasibility limits and the performance of absorption and absorption-diffusion cooling machines using light alkane mixture as working pairs and secondarily to analyze the absorption process along a falling film absorber in the presence of an inert gas. It is shown that in the case of water cooling the best performances are those of an absorption machine using the C H /n-C H binary mixture with a COP of about 0.51 in the heat driving temperature range 110-125 . A COP of about 0.44 is attained with an absorption-diffusion cooling machine using the same mixture in combination with hydrogen with a heat driving temperature of 120 . A detailed study of the absorption process with the C H /n-C H pair and hydrogen as inert gas is conducted. The study results show that the heat and the mass transfer resistances are both prevalent in the vapor phase. An absorption rate of about 34% through an exchange surface of 0.15m is calculated. A parametric study is carried out to evaluate the system response to the changes of its main characteristic parameters. This study allows a better understanding of the complex behavior of the absorption process in the presence of an inert gas.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Dynamic simulation of the energy recovery in an incineration plant

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Measurement of the Adequacy of Skills for Trained Engineers to Business Needs

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Optimization of Plate Fin Heat Exchangers: A Continuous Formulation

International audienceAn industrial application of mathematical programming is presented. The objective is to propose a tool for computer aided design of compact plate fin heat exchangers. A proprietary sizing procedure, COLETH, is used to initialize the optimization problem and to evaluate the objective function and the constraints during the optimization problem resolution. The main features of COLETH are presented. The partial infeasible path strategy is discussed: at each optimization step, duty requirements are satisfied, but pressure drop constraints are not. Intermediate information can be used and the cpu time is quite low. A non linear programming optimization problem is formulated. Then the problem is solved using a reduced Hessien Successive Quadratic Programming algorithm, which can take advantage of the system sparcity. Other features of this algorithm are discussed. Three test problems are presented and the program abilities are illustrated

Simultaneous Optimal Design and Control of an Extractive Distillation System for the Production of Fuel Grade Ethanol Using a Mathematical Program with Complementarity Constraints

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Simulation de la distillation catalytique par un nouveau modèle de transfert – Application à la production d’acétate de méthyle

Nous présentons un modèle de transfert pour la distillation catalytique utilisant les équations de Maxwell-Stefan et incluant la diffusion effective dans le catalyseur poreux. L’écriture et la résolution de ce modèle ont été adaptées à son inclusion dans un simulateur commercial. Il est donc robuste et souple. Nous étudions l’infl uence des caractéristiques du catalyseur, de la confi guration de la colonne, de la non-idéalité du mélange et de la qualité de l’échange liquide/vapeur. La conclusion principale de ces essais est l’existence d’un optimum de fonctionnement notamment pour le taux de refl ux et l’emplacement du catalyseur