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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 />

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


<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 />

www.prosim.net<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 />

www.prosim.net<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 />

www.prosim.net<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 />

www.prosim.net<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 />

www.prosim.net<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 />

www.prosim.net<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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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 />

www.prosim.net<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 />

www.prosim.net<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 />

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 />

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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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>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 />

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(Multiflash, PPDS…)<br />

(Multiflash, PPDS…)<br />

RefProp<br />

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