ProSim - Simulis Thermodynamics - Un serveur ... - SFGP
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<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> :<br />
<strong>Un</strong> Serveur Thermodynamique Complet, Evolutif et Ouvert<br />
Groupe de travail Thermodynamique<br />
12 Mai 2011<br />
Toulouse, France<br />
Olivier Baudouin (<strong>ProSim</strong>)<br />
Stéphane Déchelotte<br />
Alain Vacher
Plan<br />
Présentation de <strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong><br />
De nouveaux modèles implémentés chaque année<br />
ULPDHS<br />
PPR78<br />
NRTL-PR<br />
De nouveaux modèles en cours d’implémentation<br />
ULPDHSV<br />
PPC-SAFT<br />
VTPR<br />
<strong>Un</strong> environnement d’accueil pour de nouveaux modèles<br />
VBScript<br />
DLL externe<br />
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<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> - <strong>Un</strong> <strong>serveur</strong> thermodynamique complet, évolutif et ouvert – Olivier Baudouin<br />
<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011
<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Composant logiciel dédié<br />
aux calculs de propriétés<br />
thermodynamiques et<br />
d’équilibres entre phases<br />
pour des constituants purs ou<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
des mélanges<br />
dans Microsoft ® Excel ® ,<br />
MATLAB ® …<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Calculs de propriétés thermodynamiques<br />
(Transport, compressibilité, thermodynamiques, écart à l’idéalité)<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Databases<br />
(pure, BIP)<br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Flashs<br />
(LV, LLV,<br />
LL,...)<br />
Calculs d’équilibres entre phases<br />
(Flashs liquide-vapeur, liquide-liquide, liquide-liquide-vapeur)<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Bases de<br />
données<br />
(constituants,<br />
BIP)<br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Flashs<br />
(LV, LLV,<br />
LL,...)<br />
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Base de données constituants & BIP<br />
Livré avec une base de données de plus de 2000 constituants,<br />
incluant la base de données DIPPR ®<br />
Ajout et modification aisées des constituants<br />
(méthode d’estimation et outil de régression de données expérimentales intégrés)<br />
Possibilité d’ajouter des bases de données existantes<br />
Toutes les propriétés de corps purs des constituants sont<br />
accessibles et modifiables<br />
Outils de visualisation graphique des propriétés<br />
Livré avec une base de données de BIP (modèles G E ou EoS)<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Bases de<br />
données<br />
(constituants,<br />
BIP)<br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Modèles<br />
Thermodynamiques<br />
Flashs<br />
(LV, LLV,<br />
LL,...)<br />
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De nombreux modèles thermodynamiques<br />
Equations d’état<br />
Soave-Redlich-Kwong (SRK)<br />
Peng-Robinson (PR)<br />
Predictive Peng Robinson 78 (PPR78)<br />
Lee-Kesler-Plöcker (LKP)<br />
Benedict-Webb-Rubin modifié Starling (BWRS)<br />
Nakamura<br />
NRTL-PR<br />
etc…<br />
Modèles de coefficients d’activité<br />
NRTL<br />
UNIQUAC<br />
UNIFACs<br />
Wilson<br />
etc…<br />
Modèles sélectionnés afin de couvrir une large<br />
gamme d’application : pétrole et gaz, chimie<br />
fine, etc…<br />
Approche combinée (EoS/G E )<br />
MHV2<br />
MHV1<br />
PSRK<br />
etc…<br />
Systèmes spécifiques<br />
Eau Pure (NBS/NRC steam tables - IAPS,1984)<br />
Chao-Seader, Grayson-Streed<br />
Sour-Water<br />
Acides carboxyliques<br />
Formaldéhyde<br />
etc…<br />
Electrolytes<br />
Edwards<br />
UNIQUAC electrolyte<br />
ULPDHS<br />
Amines<br />
etc…<br />
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Modèles prédictifs<br />
Exemple d’un mélange synthétique représentatif de l’industrie pétrolière, 12 constituants<br />
N 2<br />
, CO 2<br />
, CH 4<br />
, C 2<br />
H 6<br />
, C 3<br />
H 8<br />
, C 4<br />
H 10<br />
, C 5<br />
H 12<br />
, C 6<br />
H 14<br />
, C 7<br />
H 16<br />
, C 8<br />
H 18<br />
, C 10<br />
H 20<br />
, C 14<br />
H 30<br />
66 paramètres d’interaction requis<br />
Idée : découper les molécules en groupements et identifier les paramètres d’interaction<br />
entre ces groupements<br />
Exemple :<br />
2 x CH3<br />
1 x CH2<br />
1 x CHNO2<br />
Seulement 6 paramètres<br />
d’interaction entre groupes requis<br />
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Modèles prédictifs : Méthodes UNIFAC<br />
Modèle UNIFAC<br />
Modèle<br />
mathématique<br />
Valeurs r i<br />
, q i<br />
des sous-groupes<br />
Décomposition<br />
des<br />
molécules<br />
Lnγ<br />
i<br />
=<br />
Lnγ<br />
C<br />
i<br />
+ Lnγ<br />
R<br />
i<br />
BIP<br />
(groupe/groupe)<br />
Différences de taille et de forme :<br />
C<br />
Lnγ i<br />
=<br />
f(r,q )<br />
i<br />
i<br />
Interactions entre groupes :<br />
R<br />
Lnγ i<br />
=<br />
f(r,q ,BIP)<br />
i<br />
i<br />
Calculs<br />
UNIFAC (Dortmund) Original<br />
UNIFAC (Dortmund) modifié<br />
UNIFAC (Dortmund) LL<br />
UNIFAC (Lyngby) modifié Larsen<br />
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Predictive Peng-Robinson 78<br />
(PPR78)<br />
Equation d’état : Peng-Robinson 78<br />
Règles de mélange :<br />
Terme attractif :<br />
Covolume :<br />
a<br />
b<br />
m<br />
=<br />
=<br />
C<br />
n<br />
i=<br />
1<br />
n<br />
C<br />
∑<br />
C<br />
∑∑<br />
i= 1 j=<br />
1<br />
( 1−<br />
k )<br />
Méthode de contribution de groupes pour calculer le coefficient<br />
k ij (T) de l’équation de PR<br />
n<br />
x b<br />
i<br />
i<br />
x x<br />
i<br />
j<br />
a a<br />
i<br />
P<br />
j<br />
RT<br />
= −<br />
V − b V<br />
ij<br />
2<br />
aα<br />
2<br />
+ 2 bV − b<br />
k<br />
ij<br />
⎛ 1 ⎞<br />
⎜ ⎟<br />
⎝ 2 ⎠<br />
= −<br />
Ng<br />
k<br />
Ng<br />
∑∑<br />
l<br />
( α<br />
ik<br />
− α<br />
jk<br />
).( α<br />
il<br />
− α<br />
jl<br />
2.<br />
).A<br />
a<br />
kl<br />
i<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
(T<br />
298.15<br />
T<br />
b<br />
i<br />
).a<br />
.b<br />
j<br />
j<br />
(T<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛ B<br />
⎜<br />
⎝ A<br />
)<br />
kl<br />
kl<br />
⎞<br />
−1⎟<br />
⎠<br />
−<br />
⎡<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎣<br />
a<br />
i<br />
b<br />
(T<br />
i<br />
)<br />
−<br />
a<br />
j<br />
b<br />
(T<br />
j<br />
) ⎤<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎦<br />
2<br />
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Predictive Peng-Robinson 78<br />
(PPR78)<br />
Jaubert et al., FPE (2004)<br />
Jaubert et al., FPE (2005)<br />
Jaubert et al., FPE (2006)<br />
Jaubert et al., J. of Supercritical Fluids (2008)<br />
Jaubert et al., J. Chem. <strong>Thermodynamics</strong> (2008)<br />
Alcanes, Cycloalcanes,<br />
aromatiques, CO2, N2, H2S,<br />
mercaptans, H2O, alcènes<br />
1 CH3<br />
2 CH2<br />
3 CH<br />
4 C<br />
5 CH4<br />
6 C2H6<br />
7 ACH<br />
8 AC<br />
9 AC POLYC<br />
10 CY-CH2<br />
11 CY-C<br />
12 CO2<br />
13 N2<br />
14 H2S<br />
15 SH<br />
16 H2O<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
Pressure (bar)<br />
80,0<br />
70,0<br />
60,0<br />
50,0<br />
40,0<br />
30,0<br />
20,0<br />
10,0<br />
Generalized Phase Equilibrium Diagram of Ethane(1) - nHexane (2) in the (P, T) Plane<br />
with PPR78 CEoS<br />
C 2<br />
nC 6<br />
0,0<br />
250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 500,0 550,0<br />
Temperature (K)<br />
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NRTL-PR<br />
Equation d’état : Peng-Robinson 78<br />
Règles de mélange :<br />
Terme attractif :<br />
Covolume :<br />
a<br />
p<br />
( T) a ( T) E<br />
b<br />
p<br />
= ∑<br />
=<br />
i<br />
1<br />
b = ∑ x b<br />
i=<br />
1<br />
i<br />
i<br />
x<br />
i<br />
i<br />
b<br />
i<br />
− g<br />
nonather<br />
Modèle d’énergie libre d’excès : type NRTL, méthode prédictive par<br />
contribution de groupes<br />
g<br />
E<br />
nonather<br />
=<br />
p<br />
∑<br />
i=<br />
1<br />
q<br />
i<br />
x<br />
p<br />
∑<br />
i<br />
j=<br />
1<br />
p<br />
∑<br />
m=<br />
1<br />
q<br />
j<br />
q<br />
x<br />
m<br />
j<br />
G<br />
x<br />
ji<br />
m<br />
G<br />
mi<br />
Γ<br />
ji<br />
Neau et al. Polish J. Chem (2006)<br />
Escandell J., PhD thesis (2008)<br />
Neau et al., Ind. Eng. Chem. Res. (2010)<br />
Neau et al., Ind. Eng. Chem. Res. (2010)<br />
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<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011
NRTL-PR<br />
1 CH2<br />
2 CY-C<br />
3 AC<br />
4 CH4<br />
5 C2H6<br />
6 CO2<br />
7 N2<br />
8 H2S<br />
9 H2O<br />
10 MEG<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
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<strong>Un</strong>ifac Larsen Pitzer Debye Hückel Solvatation<br />
(ULPDHS)<br />
Partie UNIFAC-LARSEN<br />
Partie combinatoire:<br />
r i = f (ν k ,R k ) i: espèce<br />
Formation d’un cluster par solvatation:<br />
q i = f (ν k ,Q k ) k: sous groupe<br />
R cl = f (r c ,nh) r c : rayon cristallin<br />
Q cl = f (r c ,nh) nh: nbre hydratation<br />
x non hydrat →x hydrat<br />
Ion<br />
Molécules de<br />
solvant<br />
Partie résiduelle: a mn<br />
γ SR réf.état hydraté ⇒ γSR réf:état non hydraté<br />
Partie Pitzer-Debye-Hückel ⇒ γ LR réf:NH<br />
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Volume-Translated Peng Robinson<br />
(VTPR)<br />
Equation d’état : Peng-Robinson, translation du volume, fonction α<br />
de Twu et al.<br />
Règles de mélange :<br />
Terme attractif :<br />
Covolume :<br />
= ∑ e<br />
1 ⎡Gres<br />
α xiα<br />
i<br />
+ ⎢<br />
q ⎣ RT 1<br />
b<br />
= ∑<br />
i<br />
∑<br />
j<br />
x<br />
i<br />
x<br />
j<br />
b<br />
ij<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
b<br />
α =<br />
a<br />
bRT<br />
3 3<br />
4 4<br />
3 b<br />
4 i<br />
+ b<br />
j<br />
ij<br />
=<br />
2<br />
Modèle d’énergie libre d’excès : Partie résiduelle du modèle UNIFAC<br />
original, avec dépendance de la température pour les paramètres d’interaction<br />
binaire (matrice spécifique)<br />
Kontogeorgios et al., Chem. Eng. Sci., pp 2351 (2000)<br />
Gmehling et al., FPE, pp 177-188<br />
188 (2001)<br />
Gmehling et al., Ind. Eng. Chem. Res. , pp 3489-3498<br />
3498 (2002)<br />
Gmehling et al., nd. Eng. Chem. Res. , pp 5890-5899<br />
5899 (2002)<br />
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PPC-SAFT – Projet ANR MEMOBIOL<br />
Statistical Associating Fluid Theory (Chapman et al. 1990)<br />
Z résiduel = Z SAFT – 1 = m (Z rep + Z disp ) + Z chaine + Z assoc + Extension polaire (Z pol )<br />
µ ou Q<br />
Z rep = Z réference HS = f(σ, ε)<br />
Dispersion-attraction f(σ, ε)<br />
Gubbins et Twu 1978<br />
σ<br />
ε<br />
Chaine f (m,σ)<br />
∂ ln<br />
Zchaine=<br />
( 1 - m ) ρ<br />
i ∂<br />
HS<br />
g ( d )<br />
ρ<br />
Association κ assoc , ε assooc<br />
m<br />
assoc<br />
Z =<br />
ρ<br />
∑<br />
A<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
1<br />
X<br />
A<br />
−<br />
1<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
A<br />
∂ X<br />
∂<br />
ρ<br />
, X A = f (κ assoc ε assooc )<br />
µ, Q<br />
Modèle de chaîne à m<br />
segments sphériques<br />
κ assoc<br />
ε assooc<br />
Sites d’association<br />
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PPC-SAFT – Projet ANR MEMOBIOL<br />
MEMOBIOL (Modélisation à l'Echelle MOléculaire pour les BIOrrafineries<br />
Lignocellulosiques), sélectionné par l'Agence nationale de la recherche (ANR)<br />
dans le cadre de l'appel à projets 2009 "Chimie et procédés pour un<br />
développement durable", vise à développer de nouveaux modèles et méthodes<br />
prédictifs permettant de restituer le comportement physico-chimique des<br />
molécules issues de la biomasse lignocellulosique (BLC). À la différence des<br />
hydrocarbures, ces molécules appartiennent à diverses familles de composés<br />
oxygénés complexes qui nécessitent des outils de modélisation appropriés.<br />
Ce travail bénéficie d'une aide de l'Agence Nationale de la Recherche<br />
portant la référence ANR-09-CP2D-10-01<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Gestion des constituants<br />
(sélection dans les bases,<br />
modifications,<br />
comparaisons…)<br />
Bases de<br />
données<br />
(constituants,<br />
BIP)<br />
Interface<br />
graphique<br />
Configuration du modèle<br />
thermodynamique<br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Modèles<br />
Thermodynamiques<br />
Flashs<br />
(LV, LLV,<br />
LL,...)<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Interface<br />
graphique<br />
Bases de<br />
données<br />
(constituants,<br />
BIP)<br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Services<br />
associés<br />
Modèles<br />
Thermodynamiques<br />
Flashs<br />
(LV, LLV,<br />
LL,...)<br />
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De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
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De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
Service de calculs<br />
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De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
Service de calculs<br />
Les graphiques peuvent être tracés en fonction de la<br />
température, de la pression, de la composition …<br />
TS diagram<br />
Phase envelope<br />
Temperature (K)<br />
600<br />
140<br />
130<br />
500<br />
120<br />
110<br />
100<br />
400<br />
90<br />
Pressure<br />
80<br />
70<br />
300<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
200<br />
0 10 20 30 40<br />
Molar entropy (cal/mol/K)<br />
20<br />
10<br />
0<br />
100 200 300 400 500<br />
Temperature<br />
Pressure (atm)<br />
Critical point<br />
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De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
Service de calculs<br />
Les graphiques peuvent être tracés en fonction de la<br />
température, de la pression, de la composition …<br />
Génération et export de tables de propriétés (fichiers PSF pour<br />
HTFS, fichiers PVT pour OLGA…)<br />
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De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
Service de calculs<br />
Les graphiques peuvent être tracés en fonction de la<br />
température, de la pression, de la composition …<br />
Génération et export de tables de propriétés (fichiers PSF pour<br />
HTFS, fichiers PVT pour OLGA…)<br />
Gestion des coupes pétrolières<br />
D 2887<br />
Simulated distillation<br />
Results of ASTM D86<br />
distillation<br />
ASTM D86 corrected<br />
Simulation results<br />
TBP<br />
at 760 mmHg<br />
Set of components,<br />
weight composition<br />
ASTM D1160<br />
at low pressure<br />
TBP<br />
at 10 mmHg<br />
Properties<br />
estimation<br />
ASTM D1160<br />
at 760 mmHg<br />
ASTM D1160<br />
at 10 mmHg<br />
www.prosim.net<br />
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<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011
De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
Service de calculs<br />
Les graphiques peuvent être tracés en fonction de la<br />
température, de la pression, de la composition …<br />
Génération et export de tables de propriétés (fichiers PSF pour<br />
HTFS, fichiers PVT pour OLGA…)<br />
Gestion des coupes pétrolières<br />
Gestion des modèles prédictifs par contribution de groupes<br />
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De nombreux services associés<br />
Régression de propriétés de corps purs<br />
Service de calculs<br />
Les graphiques peuvent être tracés en fonction de la<br />
température, de la pression, de la composition …<br />
Génération et export de tables de propriétés (fichiers PSF pour<br />
HTFS, fichiers PVT pour OLGA…)<br />
Gestion des coupes pétrolières<br />
Gestion des modèles prédictifs par contribution de groupes<br />
Estimation de propriétés de corps purs<br />
Outil de gestion des conversions d’unité<br />
etc…<br />
Les services fournissent à l’utilisateur les outils nécessaires à la<br />
mise en place d’un modèle thermodynamique<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
Interface<br />
graphique<br />
Bases de<br />
données<br />
(constituants,<br />
BIP)<br />
Fonctions<br />
Thermodynamiques<br />
Services<br />
associés<br />
Modèles<br />
Thermodynamiques<br />
<strong>Simulis</strong><br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
Flashs<br />
(LV, LLV,<br />
LL,...)<br />
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Intégrabilité de <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
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Intégrabilité de <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
Plus de 300<br />
fonctions<br />
thermodynamiques<br />
sont ajoutées dans<br />
Microsoft ® Excel…<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
Add-in<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
… qui peuvent être<br />
utilisées dans les<br />
feuilles de calculs<br />
comme des<br />
fonctions natives…<br />
… pour mettre en<br />
place des modèles<br />
plus ou moins<br />
complexes…<br />
… avec une<br />
thermodynamique<br />
de qualité<br />
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Intégrabilité de <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
MATLAB<br />
MATLAB ®<br />
®<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
www.prosim.net<br />
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Intégrabilité de <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
MATLAB<br />
MATLAB ®<br />
®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
Possibilité de générer des “Property Packages”<br />
compatibles CAPE-OPEN qui peuvent être utilisés dans<br />
tous les environnements compatibles<br />
www.colan.org<br />
Implementation<br />
Thermo 1.0<br />
Thermo 1.1<br />
Compatible avec :<br />
Aspen Plus<br />
Aspen Hysys<br />
PRO/II<br />
gPROMS ®<br />
Xist (HTRI)<br />
UNISIM Design<br />
COCO COFE<br />
Belsim VALI<br />
INDISS<br />
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Intégrabilité de <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
MATLAB<br />
MATLAB ®<br />
®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong> peut facilement<br />
être intégré dans les applications<br />
supportant la technologie COM/DCOM<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong> : un logiciel<br />
ouvert<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
<strong>ProSim</strong>Plus, ProPhy Plus…<br />
MATLAB<br />
MATLAB ®<br />
®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Thermodynamic expert<br />
Thermodynamic expert<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
Expert Mode<br />
VBScript<br />
DLL)<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
Specific<br />
library<br />
"Socket"<br />
CAPE-OPEN<br />
"Socket"<br />
RefProp<br />
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<strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong> : Mode Expert<br />
Fournir aux experts en thermodynamique un environnement de<br />
développement simple et standardisé :<br />
Pour développer leurs propres modèles thermodynamiques<br />
Pour intégrer dans <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong> des modèles<br />
thermodynamiques existants<br />
Proposer aux développeurs un environnement avec des fonctionnalités de<br />
tests et de « débuggage »<br />
Conserver les avantages de l’environnement <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
(gestion des constituants, conversions d’unité…)<br />
Les développements peuvent être utilisés dans d’autres applications<br />
(logiciels commerciaux, Microsoft ® Excel ® , MATLAB ® , code “maison”…)<br />
Deux possibilités offertes :<br />
Modèles VBScript<br />
DLL externes<br />
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VBScript – <strong>Un</strong>e solution intégrée<br />
Langage interprété (très connu)<br />
Utile pour faire un prototype ou coder des fonctions simples<br />
(propriétés de transport,…)<br />
Peut être une première étape<br />
Accès aux constituants, aux conversions d’unités… sont<br />
conservés<br />
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VBScript models – Exemple d’application<br />
12<br />
Points PROMAX<br />
Modèle<br />
10<br />
Viscosité (cp)<br />
8<br />
6<br />
4<br />
60 % wt MDEA<br />
2<br />
30 % wt MDEA<br />
0<br />
30 35 40 45 50 55 60<br />
Température (°C)<br />
exp( µ<br />
a<br />
1<br />
L<br />
) = a0 + + a2<br />
ln( T ) + a3T<br />
+ a4C<br />
+ a5<br />
+ a6C<br />
ln( T)<br />
+ a7TC<br />
+<br />
T<br />
C<br />
T<br />
a<br />
8<br />
C<br />
2<br />
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DLL externe<br />
Peut être développée dans n’importe quel langage<br />
(FORTRAN, C++,…)<br />
Permet la réutilisation de codes existants (écriture d’une DLL<br />
d’encapsulation pour faire correspondre les syntaxes)<br />
Plus efficace (temps calcul) que le VBScript<br />
Accès aux constituants, aux conversions d’unités… sont<br />
également conservés<br />
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Exemple d’application – 1) REFPROP<br />
Bibliothèque thermodynamique du NIST (REFPROP) vers. 8.0<br />
84 corps purs<br />
5 pseudo-fluides (air…)<br />
Mélanges jusqu’à 20 constituants<br />
Equations d’état basées sur l’énergie d’Helmholtz, MBWR, Bender…<br />
<strong>Un</strong> exécutable et une DLL documentée sont fournies aux clients<br />
Utilisation de REFPROP avec le mode expert :<br />
Développement d’une DLL spécifique pour faire correspondre la syntaxe des<br />
points d’entrée de <strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> avec ceux de la DLL REFPROP<br />
<strong>Simulis</strong><br />
Expert<br />
Mode<br />
"Wrapping"<br />
DLL<br />
Refprop.dll<br />
Pas de développements<br />
nécessaires pour les<br />
nouvelles versions de<br />
REFPROP<br />
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Exemple d’application – 1) REFPROP<br />
Interface standardisée<br />
<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong><br />
(Flash ST)<br />
Point d’entrée de<br />
la DLL REFPROP<br />
Code d’encapsulation<br />
(type, unités, paramètres,…)<br />
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Exemple d’application – 1) REFPROP<br />
Choix des<br />
constituants<br />
Choix du modèle RefProp<br />
Choix des<br />
paramètres du<br />
modèle<br />
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Exemple d’application – 1) REFPROP<br />
Tous les services <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong> sont disponibles avec les modèles<br />
REFPROP<br />
Service de calculs<br />
Génération de fichiers OLGA<br />
Service de tracé de diagrammes<br />
…<br />
Temperature (K)<br />
600<br />
TS diagram<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
0 10 20 30 40<br />
Molar entropy (cal/mol/K)<br />
REFPROP est accessible grâce à <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong> depuis tous les<br />
environnements dans lesquels s’intègre <strong>Simulis</strong> ® <strong>Thermodynamics</strong><br />
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Exemple d’application – 2) Bender Kiwi<br />
Modèle spécifique développé par Air Liquide pour la représentation du ternaire<br />
de l’air (N 2 , O 2 , Ar)<br />
Objectif : Utilisation du même code de calcul quel que soit l’environnement : MS<br />
Excel, <strong>ProSim</strong>Plus, Hysys & VALI (CAPE-OPEN)<br />
Démarche pour intégration du modèle dans <strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> :<br />
• Analyse du code de calcul de Air Liquide<br />
• Développement d’une DLL spécifique encapsulant le code Air Liquide<br />
• Développement d’une interface graphique spécifique pour ce modèle<br />
Ce modèle n’est accessible que pour les utilisateurs Air Liquide<br />
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Exemple d’application – 2) Bender Kiwi<br />
Le modèle est prévu pour le ternaire O 2<br />
, N 2<br />
Ar :<br />
seuls quelques paramètres sont laissés libres à<br />
l’utilisateur<br />
Toutes les fonctionnalités <strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong><br />
sont accessibles, notamment les services<br />
Choix du modèle Bender-Kiwi<br />
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Exemple d’application – 2) Bender Kiwi<br />
MATLAB®<br />
MATLAB®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
Microsoft® Excel<br />
Microsoft® Excel<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
Thermodynamic expert<br />
Expert Mode<br />
VBScript<br />
DLL)<br />
Specific<br />
library<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
"Socket"<br />
CAPE-OPEN<br />
"Socket"<br />
RefProp<br />
Property Packages<br />
Property Packages<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
RefProp<br />
RefProp<br />
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<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011
Exemple d’application – 2) Bender Kiwi<br />
MATLAB<br />
MATLAB ®<br />
®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
Thermodynamic expert<br />
Expert Mode<br />
VBScript<br />
DLL)<br />
Specific<br />
library<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
"Socket"<br />
CAPE-OPEN<br />
"Socket"<br />
RefProp<br />
Property Packages<br />
Property Packages<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
RefProp<br />
RefProp<br />
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Exemple d’application – 3) HySWEET<br />
Modèle spécifique développé par TOTAL pour la représentation<br />
thermodynamique du procédé « HySWEET », procédé de lavage mettant en jeu<br />
un solvant hybride (eau+amine+Thiodiglycol) permettant l’élimination<br />
simultanée des gaz acides et des mercaptans d’un gaz naturel<br />
Objectif : Pouvoir identifier les paramètres de ce modèle dans Excel<br />
Démarche :<br />
• Analyse du code de calcul de TOTAL<br />
• Développement d’une DLL spécifique encapsulant le code TOTAL<br />
• Développement de fonctions spécifiques (VBA) pour identifier les<br />
paramètres du modèle<br />
• Développement d’une bibliothèque d’optimiseurs sous Excel<br />
• Calage des paramètres du modèle par les ingénieurs TOTAL<br />
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Exemple d’application – 3) HySWEET<br />
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Exemple d’application – 3) HySWEET<br />
MATLAB®<br />
MATLAB®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
Microsoft® Excel<br />
Microsoft® Excel<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
Thermodynamic expert<br />
Expert Mode<br />
VBScript<br />
DLL)<br />
Specific<br />
library<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
"Socket"<br />
CAPE-OPEN<br />
"Socket"<br />
RefProp<br />
Property Packages<br />
Property Packages<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
RefProp<br />
RefProp<br />
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Exemple d’application – 3) HySWEET<br />
Exemple : identification des paramètres du modèle sur un flash à taux de vaporisation<br />
et température donnés<br />
VBACalcFlashWT(T, ω, Z, UserParam)<br />
…<br />
Ecriture d’une fonction spécifique en<br />
VBA : en plus des arguments nécessaires<br />
au flash, les paramètres du modèle sont<br />
passés en argument<br />
SetUserParam(UserParam)<br />
…<br />
StCalFlashWT(T, ω, Z)<br />
…<br />
Ecriture d’une fonction permettant d’aller<br />
modifier les valeurs des paramètres dans<br />
<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong><br />
Appel au flash de <strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong><br />
avec les valeurs des paramètres passés en<br />
argument<br />
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Exemple d’application – 3) HySWEET<br />
Développement d’une macro complémentaire dans Excel qui contient<br />
plusieurs méthodes d’optimisation :<br />
Algorithme génétique en variables réelles<br />
Algorithme génétique en variables booléennes<br />
Programmation quadratique successive<br />
Programmation linéaire<br />
Gauss-Newton<br />
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Exemple d’application – 3) HySWEET<br />
Variables d’optimisation<br />
X(NV)<br />
Conditions<br />
P(Nexp)<br />
Wt% solvant<br />
α(CO2)<br />
α(H2S)<br />
T<br />
Calculs<br />
de<br />
Flash<br />
Valeurs<br />
calculées<br />
P CO2<br />
P H2S<br />
Valeurs<br />
Exp.<br />
P CO2<br />
P H2S<br />
Écarts<br />
F<br />
Légende<br />
<strong>Simulis</strong><br />
Lancement<br />
optimisation<br />
Gestion<br />
Optimisation<br />
(paramètres,<br />
lancement,…)<br />
Feuille Excel<br />
VBA<br />
Dll thermo<br />
Utilisateur<br />
Dll<br />
Optimisation<br />
Dll Fortran<br />
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<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011
<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> :<br />
<strong>Un</strong> Serveur Thermodynamique Complet, Evolutif et Ouvert<br />
Groupe de travail Thermodynamique<br />
12 Mai 2011<br />
Toulouse, France<br />
Olivier Baudouin (<strong>ProSim</strong>)<br />
Stéphane Déchelotte<br />
Alain Vacher
Exemples de combinaisons d’intérêt<br />
MATLAB<br />
MATLAB ®<br />
®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
Thermodynamic expert<br />
Expert Mode<br />
VBScript<br />
DLL)<br />
Specific<br />
library<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
"Socket"<br />
CAPE-OPEN<br />
"Socket"<br />
RefProp<br />
Property Packages<br />
Property Packages<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
RefProp<br />
RefProp<br />
www.prosim.net<br />
<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> - <strong>Un</strong> <strong>serveur</strong> thermodynamique complet, évolutif et ouvert – Olivier Baudouin<br />
<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011
Exemples de combinaisons d’intérêt<br />
MATLAB®<br />
MATLAB®<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
P.M.E. CAPE-OPEN<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
(Aspen Plus, Hysys, ProII…)<br />
Toolbox<br />
MATLAB<br />
Plug<br />
CAPE-OPEN<br />
Microsoft<br />
Microsoft ® ® Excel<br />
Excel<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
Microsoft<br />
Excel<br />
Add-In<br />
<strong>Simulis</strong> ®<br />
<strong>Thermodynamics</strong><br />
A.P.I.<br />
(C++, VB…)<br />
Thermodynamic expert<br />
Expert Mode<br />
VBScript<br />
DLL)<br />
Specific<br />
library<br />
…"know-how"<br />
…"know-how"<br />
"Socket"<br />
CAPE-OPEN<br />
"Socket"<br />
RefProp<br />
Property Packages<br />
Property Packages<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
(Multiflash, PPDS…)<br />
RefProp<br />
RefProp<br />
www.prosim.net<br />
<strong>Simulis</strong> <strong>Thermodynamics</strong> - <strong>Un</strong> <strong>serveur</strong> thermodynamique complet, évolutif et ouvert – Olivier Baudouin<br />
<strong>SFGP</strong> groupes IEP & Thermodynamiques – Toulouse – 12 Mai 2011