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PIECE Program for North American Mobility In Higher Education Rev:2.4 Créé à LÉcole Polytechnique de Montréal et Universidad de Guanajuato Program for.

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1 PIECE Program for North American Mobility In Higher Education Rev:2.4 Créé à LÉcole Polytechnique de Montréal et Universidad de Guanajuato Program for North American Mobility in Higher Education (NAMP) Introducing Process Integration for Environmental Control in Engineering Curricula (PIECE) Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés – Niveau 1

2 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 2 Résumé du projet Objectifs Créer des modules dapplication via internet pour aider les universités à présenter lintroduction de lIntégration des Procédés dans les programmes détudes en ingénierie Rendre ces modules largement disponibles dans chacun des pays participants Institutions participantes Deux universités dans chacun des trois pays (Canada, Mexique et États-Unis) Deux instituts de recherche dans deux secteurs différents de lindustrie: pétrole (Mexique), pâtes et papiers (Canada) Chacune des six universités a parrainé 7 échanges détudiants durant la période de la bourse, subventionnée en partie par le gouvernement des 3 pays

3 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 3 Quelle est la structure de ce module ? Tous les modules sont divisés en 3 niveaux, chacun ayant un but spécifique: Niveau 1: Information préliminaire Niveau 2: Application avec des études de cas Niveau 3: Problèmes avec structure de réponse ouverte Ces niveaux doivent être complétés dans cet ordre spécifique. Les étudiants seront questionnés à différents moments pour mesurer leur degré de compréhension, avant de passer au niveau suivant. Chaque niveau comprend un énoncé dintention au début et un quiz à la fin des Niveaux 1 et 2. Structure du Module 8

4 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 4 Quel est le but de ce module ? Le but de ce module est de couvrir les aspects de base des méthodes et outils de lIntégration des Procédés, et de situer lIntégration des Procédés dans une perspective plus vaste. Cette étape a été identifiée comme pré-requis pour les autres modules en relation avec lapprentissage de lIntégration des Procédés But du Module 8

5 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 5 Niveau 1 Information préliminaire

6 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 6 Niveau 1: Énoncé dintention Le but de ce niveau est de fournir une vue densemble générale des outils de lIntégration des Procédés, en mettant laccent sur leur lien avec lanalyse de rentabilité. À la fin du Niveau 1, létudiant devrait être en mesure de: Distinguer les outils principaux de lIntégration des Procédés Comprendre la portée de chaque outil de lIntégration des Procédés Avoir une vue densemble de chaque outil de lIntégration des Procédés Niveau 1 – Objectifs Le Niveau 1 inclut également une liste de quelques lectures sélectionnées, afin daider létudiant à acquérir une compréhension plus approfondie du sujet.

7 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 7 Le Niveau 1 est divisé en trois sections 1.1 Introduction et définition de lIntégration des Procédés (IP) 1.2 Vue densemble des outils de lIP 1.3 Tour dhorizon mondial des praticiens qui concentrent leur expertise sur lIP Un court quiz à choix multiples terminera ce Niveau. Niveau 1 – Contenu

8 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés Introduction et définition de lIntégration des Procédés 1.2 Vue densemble des outils de lIntégration des Procédés 1.3 Tour dhorizon mondial des praticiens qui concentrent leur expertise sur lIP Plan

9 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés Introduction et définition de lIntégration des Procédés

10 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 10 Le président de votre compagnie ne sait probablement pas ce que lIntégration des Procédés peut faire pour la compagnie… mais il devrait le savoir. Voyons pourquoi... Introduction et définition de lIntégration des Procédés

11 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 11 Années Linnhoff a amorcé le domaine de lidentification des points dinvariance à lUMIST « University of Manchester Institute of Science and Technology », se concentrant sur le domaine thermique du point dinvariance. À peu près à la même époque, le Département de lIntégration des Procédés a été créé à lUMIST, peu de temps après que la firme de consultants Linnhoff-March Inc. ait vu le jour. Années développement du concept de lénergie à la conception dun procédé Années Des analogies sont utilisées pour appliquer le concept du point dinvariance, dans les réseaux de transfert de chaleur, au transfert de masse et aux systèmes dhydrogène et de traitement de leau Il nest réellement pas facile de définir IP… Un bref historique de lIntégration des Procédés Introduction et définition de lIntégration des Procédés

12 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 12 1.LIntégration des Procédés pourrait être considérée comme une série initiale de techniques de procédés, servant aussi bien à la conception d'un procédé quà la rétro-installation de celui-ci 2.Les objectifs dentreprise entraînent le développement de lIP: a) Dans la « nouvelle économie », lemphase est mise sur les projets de rétro-installation motivée par le retour sur le capital investi (ROCE: Return on Capital Employed ) b) LIP trouve sa valeur dans les données, spécialement lorsque les systèmes de données en temps réel sont implantés 3.Les corporations souhaitent prendre des décisions plus éclairées: 1.Pour les opérations 2.Durant le processus de conception 4.Aujourdhui, une forte tendance consiste à séloigner des opérations par unité, pour se concentrer sur les phénomènes. Nous ne regardons plus seulement lintégration entre les unités, mais aussi lintégration à lintérieur des unités (Process Integration Primer, IEA) Introduction et Définition de l Intégration des Procédés Contexte moderne de lIntégration des Procédés

13 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 13 La définition de lIntégration des Procédés selon The International Energy Agency (IEA) (1993): Des méthodes systématiques et générales pour concevoir des systèmes de production intégrés, allant des procédés individuels jusquà l'ensemble des sites, avec une emphase spéciale sur lutilisation efficace de lénergie et la réduction des effets sur lenvironnement Des méthodes systématiques et générales pour concevoir des systèmes de production intégrés, allant des procédés individuels jusquà l'ensemble des sites, avec une emphase spéciale sur lutilisation efficace de lénergie et la réduction des effets sur lenvironnement Définition de lIntégration des Procédés Introduction et Définition de lIntégration des Procédés LIntégration des Procédés est le terme usuel utilisé pour lapplication des méthodologies développées pour des approches intégrées et orientées en fonction des systèmes pour le procédé industriel de conception de lusine, autant pour les applications nouvelles que pour celles de rétro- installation. De telles méthodologies peuvent être des modèles, méthodes et techniques mathématiques, thermodynamiques et économiques. Des exemples de ces méthodes incluent: lintelligence artificielle, lanalyse hiérarchique, lanalyse du point dinvariance et la programmation mathématique. LIntégration des Procédés réfère à la conception optimale; des exemples de ces aspects sont: immobilisations, efficacité énergétique, émissions, exploitabilité, flexibilité, commandabilité, sécurité et rendements. LIntégration des Procédés réfère également à certains aspects des opérations et de maintenance. De telles méthodologies peuvent être des modèles, méthodes et techniques mathématiques, thermodynamiques et économiques. Des exemples de ces méthodes incluent: lintelligence artificielle, lanalyse hiérarchique, lanalyse du point dinvariance et la programmation mathématique. LIntégration des Procédés réfère à la conception optimale; des exemples de ces aspects sont: immobilisations, efficacité énergétique, émissions, exploitabilité, flexibilité, commandabilité, sécurité et rendements. LIntégration des Procédés réfère également à certains aspects des opérations et de maintenance. Développement viable Développement viable

14 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 14 El-Halwagi, M. M., Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools. Academic Press, Pollution Prevention through Process Integration: Systematic Design ToolsPollution Prevention through Process Integration: Systematic Design Tools Un procédé chimique est un système intégré dunités et de courants inter-reliés, et il devrait être traité comme tel. LIntégration des Procédés est une approche holistique pour arriver à la conception dun procédé, à la rétro-installation et à lopération qui met lemphase sur lunité des procédés. À la lumière dune puissante interaction parmi les unités de procédés, les courants et les objectifs, lIntégration des Procédés offre un cadre unique pour avoir fondamentalement une perspective globale du procédé, déterminant méthodiquement ses objectifs de performance atteignables et prenant des décisions systématiques menant à la réalisation de ces objectifs. Il y a trois éléments clés dans toute méthodologie dIntégration des Procédés complète: synthèse, analyse et optimisation. Introduction et Définition de lIntégration des Procédés Définition de lIntégration des Procédés

15 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 15 Nick Hallale, Aspentech – CEP July 2001 – Burning Bright Trends in Process Integration LIntégration des Procédés est plus que la technologie du point dinvariance et des réseaux déchangeurs de chaleur. Aujourdhui, elle a une portée beaucoup plus large et touche tous les aspects de la conception dun procédé. Les industries qui ont fait les changements nécessaires font plus dargent avec leurs matières premières et les immobilisations tout en devenant plus propres et plus viables. Introduction et Définition de lIntégration des Procédés Définition de lIntégration des Procédés

16 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 16 North American Mobility Program in Higher Education (NAMP)-January 2003 LIntégration des Procédés (IP) est la synthèse du contrôle dun procédé, de lingénierie dun procédé et de la modélisation et de la simulation dun procédé, en outils qui peuvent fonctionner avec de grandes quantités de données opérationnelles maintenant disponibles avec les systèmes dinformation des procédés. Cest un secteur en émergence, qui promet un contrôle accru et une gestion de lefficacité opérationnelle, de lutilisation de lénergie, des impacts environnementaux, de lefficacité des immobilisations, de la conception des procédés et de la gestion des opérations. Introduction et Définition de lIntégration des Procédés Définition de lIntégration des Procédés

17 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 17 Que sest-il produit? En plus de la thermodynamique (la base du concept du point dinvariance), dautres techniques sont tirées de lanalyse holistique, en particulier: Modélisation des procédés Statistiques des procédés Optimisation des procédés Rentablité des procédés Contrôle des procédés Conception des procédés Introduction and Définition de lIntégration des Procédés Définition de lIntégration des Procédés

18 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 18 Voici certaines activités de conception auxquelles ces techniques et méthodes servent aujourdhui: Modélisation et simulation dun procédé, ainsi que validation des résultats afin dobtenir de linformation précise et fiable sur le procédé autant pour une nouvelle conception que pour une rétro-installation Réduire le coût annuel total par un compromis optimal entre lénergie, léquipement et les matières premières. À même ce compromis: réduire lénergie, améliorer lutilisation des matières premières et diminuer le coût en immobilisations Augmenter le volume de production par désengorgement Réduire les problèmes opérationnels par une utilisation correcte (au lieu de maximale) de lIntégration des Procédés Augmenter la commandabilité et la flexibilité de lusine Réduire les émissions indésirables et promouvoir la prévention de la pollution Ajouter aux efforts communs dans les industries de procédés et dans la société pour un développement viable Introduction et Définition de lIntégration des Procédés

19 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 19 Objectifs possibles Coût moindre en immobilisations pour le même objectif de conception Augmentation par laccroissement de production, pour la même base dactifs à court terme Une réduction marginale des coûts unitaires de production par le procédé doptimisation Un meilleur rapport de la performance énergie/environnement, sans compromettre la compétitivité RéductionCOÛTSPOLLUTIONÉNERGIEAugmentationDÉBITRENDEMENTPROFIT Introduction et Définition de lIntégration des Procédés

20 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 20 Connaissance des procédés (modèles) Données des procédés en Temps réel Systèmes et outils de lIP Lamélioration globale des équipements de lusine, lefficacité énergétique et la productivité demandent une multi-analyse de pointe comportant une variété dhabiletés techniques et dexpertise, incluant: Connaissance à la fois, des pratiques conventionnelles de lindustrie et des technologies de pointe disponibles commercialementConnaissance à la fois, des pratiques conventionnelles de lindustrie et des technologies de pointe disponibles commercialement Familiarisation avec les problèmes et tendances de lindustrieFamiliarisation avec les problèmes et tendances de lindustrie Méthodologie pour déterminer les coûts marginaux justesMéthodologie pour déterminer les coûts marginaux justes Procédures et outils pour les audits de la conservation de lénergie, de leau et des matières premièresProcédures et outils pour les audits de la conservation de lénergie, de leau et des matières premières Systèmes dinformation des procédés Systèmes dinformation des procédés Introduction et Définition de lIntégration des Procédés Résumé des éléments de lIntégration des Procédés

21 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 21 LIntégration des Procédés de la méthodologie de la récupération de la chaleur, dans les années 1980, a évolué pour devenir ce que plusieurs chefs de file dans les compagnies industrielles et les groupes de recherche, au 20e siècle, considèrent comme lanalyse holistique des procédés, impliquant les éléments suivants: Données des procédés Systèmes et outils Principes des procédés dingénierie et connaissance détaillée du secteur des procédés Ciblage Conclusion Introduction et Définition de lIntégration des Procédés

22 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés Introduction et définition de lIntégration des Procédés 1.2 Vue densemble des outils de lIntégration des Procédés 1.3 Tour dhorizon mondial des pratriciens qui concentrent leur expertise sur lIP Plan

23 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés Vue densemble des Outils de lIntégration des Procédés

24 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 24 Simulation du procédé Simulation du procédé Régime permanentRégime permanent DynamiqueDynamique Analyse du point dinvariance Optimisation par programmation mathématique Méthodes de recherche aléatoires Analyse du cycle de vie Modélisation des procédés guidée par les données Gestion du modèle dentreprise et de la chaîne de production Conception et contrôle des procédés intégrés Optimisation en temps réel Données des procédés Traitement et réconciliation des données 1.2 Vue densemble des outils de lIntégration des procédés

25 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 25 Simulation du procédé Régime permanentRégime permanent DynamiqueDynamique Analyse du point dinvariance Optimisation par programmation mathématique Méthodes de recherche aléatoires Analyse du cycle de vie Modélisation des procédés guidée par les données Gestion du modèle dentreprise et de la chaîne de production Conception et contrôle des procédés intégrés Optimisation en temps réel Données des procédés Traitement et Réconciliation des données Traitement et Réconciliation des données SUIVANT 1.2 Vue densemble des outils de lIntégration des Procédés

26 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 26 Simulation des procédés

27 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 27 Simulation des procédés Dans lindustrie des procédés, nous trouvons deux niveaux de modèles: les modèles dusines et modèles dunités dexploitation comme les réacteurs, les colonnes, les pompes, les échangeurs de chaleur, les réservoirs, etc. Un modèle ne comprend pas tout: n>m et k>t Tous les modèles sont faux, quelques modèles sont utiles George Box, PhD, University of Wisconsin PROCÉDÉ MODÈLE Entrée Sortie EntréeSortie X 1,..., X n X 1,..., X m Y 1,..., Y k Y 1,..., Y t Il y a deux types de simulations: à régime permanent et dynamique Simulation: hypothèse de lexpérimentation avec un modèle La simulation implique lexécution dune série dexpériences avec un modèle des procédés La simulation implique lexécution dune série dexpériences avec un modèle des procédés Figure 1

28 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 28 Simulation des procédés – Modélisation des procédés À quoi sert un modèle? Un modèle est une abstraction dune opération de procédé employée pour établir, changer, améliorer, contrôler et répondre aux questions en rapport avec ce procédé Un modèle est une abstraction dune opération de procédé employée pour établir, changer, améliorer, contrôler et répondre aux questions en rapport avec ce procédé Un modèle peut être utilisé pour différentes formulations de base dun problème: simulation, identification, évaluation et conception Un modèle peut être utilisé pour différentes formulations de base dun problème: simulation, identification, évaluation et conception Un modèle peut être utilisé pour résoudre des problèmes dans les secteurs de la conception des procédés, du contrôle et de loptimisation, de lanalyse des risques, de la formation dopérateurs, de lévaluation des risques et de lingénierie du logiciel pour des environnements dingénierie assistée par ordinateur Un modèle peut être utilisé pour résoudre des problèmes dans les secteurs de la conception des procédés, du contrôle et de loptimisation, de lanalyse des risques, de la formation dopérateurs, de lévaluation des risques et de lingénierie du logiciel pour des environnements dingénierie assistée par ordinateur La modélisation des procédés est la compréhension des phénomènes dun procédé donné et la transformation de cette compréhension en un modèle.

29 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 29 Simulation des procédés – régime permanent et dynamique Pourquoi la simulation en régime permanent est-elle importante? Meilleure compréhension du procédé Ensemble constant de lusine type/données de léquipement Évaluation comparative objective des options pour le retour sur le capital investi (ROI: Return On Investment) etc. Identification du point dinvariance, instabilités, etc. Permet dexécuter plusieurs expériences à coût moindre, une fois que le modèle est construit Évite de mettre en application des solutions inefficaces MODÈLEEntréeSortie X 1,..., X m Y 1,..., Y t AVANCEMENT des opérations de lusine / OPTIMISATION DU SUPPORT OPÉRATIONNEL OPTIMISATION des opérations de lusine Système en ligne ÉDUCATION, FORMATION SYSTÈME DE CONTRÔLE Système quasi en ligne CONCEPTION DU PROCÉDÉ / ANALYSE Système hors ligne Pourquoi la simulation dynamique est-elle importante? MODÈLE(t) EntréeSortie X(t) 1,..., X(t) m Y(t) 1,..., Y(t) t Outil suivant Figure 3 Figure 2

30 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 30 Traitement et Réconciliation des données

31 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 31 Objectifs du traitement des données Fournir de linformation fiable et des connaissances sur les données complètes pour la validation de la simulation et de lanalyse des procédés Exécuter lentretien de linstrument Détecter les problèmes de fonctionnement Évaluer les valeurs non mesurables Réduire les erreurs aléatoires et brutes lors de la prise de mesures Détecter les régimes permanents Traitement et réconciliation des données Objectifs de la réconciliation des données Ajuster de façon optimale les valeurs mesurées à même les contraintes données du procédé Améliorer la cohérence des données pour calibrer et valider la simulation des procédés Évaluer les valeurs non mesurées du procédé Détecter des erreurs flagrantes pour examiner de façon plus approfondie l'opération/problèmes d'instrument

32 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 32 ACCURATE and RELIABLE INFORMATION INFORMATION PRÉCISE ET FIABLE Réconciliation des données La réconciliation des données est la validation des données du procédé en utilisant nos connaissances de la structure et du système de mesures de lusine Traitement et réconciliation des données Figure 4 PRINCIPES STATISTIQUES PROPRIÉTÉS THERMODYNAMIQUES

33 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 33 RÉCONCILIATION DES DONNÉES Erreurs de mesure? Détection des erreurs flagrantes Bilans non résolus? Bilans résolus Pertes non identifiées? Pertes identifiées Efficacité? Efficacité surveillée Performance? Performance quantifiée Traitement et Réconciliation des données – Bénéfices Outil suivant

34 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 34 Analyse du point dinvariance

35 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 35 Dans les industries de procédés, lobjectif principal de lanalyse du point dinvariance est doptimiser les façons dans lesquelles les services de procédés (en particulier lénergie, la masse, leau et lhydrogène) sont appliqués pour une grande variété de besoins Dans les industries de procédés, lobjectif principal de lanalyse du point dinvariance est doptimiser les façons dans lesquelles les services de procédés (en particulier lénergie, la masse, leau et lhydrogène) sont appliqués pour une grande variété de besoins Lanalyse du point dinvariance accomplit ceci en créant un inventaire de tous les producteurs et consommateurs de ces services et en concevant systématiquement un arrangement optimal déchanges de services entre ces producteurs et ces consommateurs. Lénergie, la masse et la réutilisation de leau sont au cœur des activités de lanalyse du point dinvariance Lanalyse du point dinvariance accomplit ceci en créant un inventaire de tous les producteurs et consommateurs de ces services et en concevant systématiquement un arrangement optimal déchanges de services entre ces producteurs et ces consommateurs. Lénergie, la masse et la réutilisation de leau sont au cœur des activités de lanalyse du point dinvariance Avec lapplication de lanalyse du point dinvariance, des économies peuvent être réalisées en immobilisations et en frais dexploitation. Les émissions peuvent être réduites et le débit augmenté Avec lapplication de lanalyse du point dinvariance, des économies peuvent être réalisées en immobilisations et en frais dexploitation. Les émissions peuvent être réduites et le débit augmenté Quest-ce que lanalyse du point dinvariance? Analyse du point dinvariance

36 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 36 La base de lanalyse du point dinvariance: La base de lanalyse du point dinvariance: Lutilisation des principes thermodynamiques (première et seconde lois) Lutilisation des principes thermodynamiques (première et seconde lois) Lutilisation de la conception et des économies heuristiques Lutilisation de la conception et des économies heuristiques Lanalyse du point dinvariance est une technique pour concevoir: Lanalyse du point dinvariance est une technique pour concevoir: Réseaux déchangeur de chaleur (HEN: Heat Exchanger Networks) et réseaux déchangeur de masse (MEN: Mass Exchanger Networks) Réseaux déchangeur de chaleur (HEN: Heat Exchanger Networks) et réseaux déchangeur de masse (MEN: Mass Exchanger Networks) Réseaux de services Réseaux de services Lanalyse du point dinvariance fait un usage considérable de représentations graphiques Lanalyse du point dinvariance fait un usage considérable de représentations graphiques Caractéristiques Analyse du point dinvariance Dans lanalyse du point dinvariance, lingénieur contrôle la procédure de conception (méthode interactive) Dans lanalyse du point dinvariance, lingénieur contrôle la procédure de conception (méthode interactive) Lanalyse du point dinvariance intègre des paramètres économiques Lanalyse du point dinvariance intègre des paramètres économiques

37 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 37 Bénéfices possibles Un des principaux avantages des méthodes conventionnelles de conception de lanalyse du point dinvariance, est la capacité de déterminer une consommation dénergie cible, pour un procédé individuel ou pour un emplacement entier de production, avant de concevoir les procédés Lanalyse du point dinvariance identifie rapidement où lénergie, leau, lhydrogène et les autres économies matérielles peuvent être réalisées Réduction des émissions Lanalyse du point dinvariance permet à lingénieur de trouver la meilleure façon de changer un procédé, si ce dernier le permet Analyse du point dinvariance En plus, lanalyse du point dinvariance vous permet de Mettre à jour ou développer les schémas de procédés Identifier le point dinvariance des procédés Faire fonctionner les simulations tant départementales que pour lensemble de lusine Déterminer les besoins de chauffage (vapeur) et de refroidissement minimum Identifier les opportunités de cogénération Estimer les coûts des projets afin déconomiser de lénergie Évaluer les configurations de nouveaux équipements pour obtenir les installations les plus économiques Substituer les études déjà faites sur l'énergie par une étude opérationnelle qui peut être facilement mise à jour en utilisant la simulation qui peut être facilement mise à jour en utilisant la simulation Outil suivant

38 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 38 Optimisation par programmation mathématique

39 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 39 Un modèle mathématique dun système est un ensemble de rapports mathématiques (par exemple: égalités, inégalités, conditions logiques) qui représentent une abstraction du vrai système pris en considération Un modèle mathématique peut être développé en utilisant : Des approches fondamentales Des méthodes empiriques Des méthodes basées sur lanalogie Un modèle mathématique dun système est constitué de quatre éléments clés: 1. Variables 2. Paramètres 3. Contraintes 4. Rapports mathématiques Optimisation par programmation mathématique Modèle mathématique

40 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 40 Quest-ce que loptimisation? Un problème doptimisation est un modèle mathématique qui, en plus des éléments principaux mentionnés dans la diapositive précédente, contient un ou plusieurs critères de performance Les critères de performance sont représentés par une fonction objective. Cette fonction peut être, par exemple, la minimisation des coûts, la maximisation du bénéfice ou du rendement du procédé Si nous avons des critères multiples de performance, le problème est alors classé comme un problème doptimisation multi-objective Il y a différentes classes de problèmes doptimisation: programmation linéaire et non linéaire, (LP: Linear Programming et NLP: Non-Linear Programming), programmation linéaire entière mixte (MILP: Mixed- Integer Linear Programming) et programmation non linéaire entière mixte (MINLP: Mixed-Integer Non-Linear Programming) Autant que possible, les programmes linéaires (LP ou MILP) sont utilisés parce quils garantissent des solutions globales. Les problèmes de programmation non linéaire entière mixte (MINLP) comportent également beaucoup dapplications dans lingénierie. Optimisation par programmation mathématique

41 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 41 Applications Synthèse des procédés Réseaux dÉchangeurs de Chaleur (HEN) Réseaux dÉchangeurs de Masse (MEN) Séquence de distillation Systèmes basés sur les réacteurs Systèmes de services Systèmes du procédé entier Conception, programmation et planification du procédé Conception et rétro-installation d'usines de produits multiples Conception et programmation d'usines de produits multiples Interaction de la conception et du contrôle Conception du produit moléculaire Location et attribution des installations Planification et programmation des installations Topologie des réseaux de transport Optimisation par programmation mathématique Outil suivant

42 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 42 Méthodes de recherche aléatoires

43 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 43 Pourquoi des méthodes de recherche aléatoires? Toutes les formulations de modèles que vous avez rencontrées jusquici, dans la section de loptimisation, présument que les données pour un problème spécifique sont connues avec précision. Cependant, pour beaucoup de problèmes réels, les données du problème ne peuvent pas être connues avec précision pour une multitude de raisons. La première raison est due à une erreur de mesure simple. La deuxième et la plus fondamentale raison est que quelques données représentent des informations sur lavenir (par exemple, demande ou prix du produit pour une période future) et de ce fait, elles ne peuvent simplement pas être connues avec certitude. Méthodes de recherche aléatoires

44 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 44 Il y a différents types dalgorithmes aléatoires Recuit simulé (SA: Simulated Annealing) Algorithmes génétiques (GAs: Genetic Algorithms) Recherche Tabu Ces algorithmes conviennent aux problèmes contenant des incertitudes. Ces algorithmes informatiques ou modèles de procédure ne garantissent pas des optimums globaux mais ils sont fructueux et largement reconnus pour arriver très près de la solution optimale globale. SA prend une solution et la déplace efficacement dans lespace de recherche, évitant les optimums locaux Les GAs ont la capacité de rechercher collectivement les solutions optimales multiples pour le même coût optimal La recherche Tabu est une procédure itérative qui explore lespace de recherche de toutes les solutions possibles par une séquence de mouvements Méthodes de recherche aléatoires Outil suivant

45 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 45 Analyse du Cycle de Vie (LCA: Life Cycle Analysis)

46 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 46 Une technique pour évaluer les aspects environnementaux et les impacts potentiels associés à un produit : En établissant un inventaire des entrées et des sorties pertinentes dun système En évaluant des impacts environnementaux potentiels associés à ces entrées et sorties En interprétant les résultats de linventaire et des phases dimpact en relation avec les objectifs de létude Lévaluation de quelques aspects du système dun produit à travers toutes les étapes de son cycle de vie Analyse du cycle de vie Quest-ce que lanalyse du cycle de vie?

47 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 47 Analyse du cycle de vie Recyclage et enlèvement comme déchet à la fin de sa vie utile Extraction et traitement des matières premières Fabrication Emballage Mise en marché Utilisation, réutilisation et maintenance du produit Figure 5

48 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 48 Améliore la performance environnementale globale ainsi que la conformité Fournit un cadre pour utiliser les pratiques en matière de prévention de la pollution pour rencontrer les objectifs de lAnalyse du Cycle de Vie (LCA) Augmente lefficacité et les économies potentielles de coût lors de la gestion des obligations environnementales Favorise la prévisibilité et la cohérence dans la gestion des obligations environnementales Mesure plus efficacement les ressources environnementales rares Analyse du cycle de vie Bénéfices possibles Outil suivant

49 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 49 Modélisation des procédés guidée par les données

50 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 50 Défi de lIntégration des Procédés Donner un sens à un grand nombre de données Nécessité de travailler sur de plus gros échantillons si on veut profiter de l'avantage complet davoir utilisé toute linformation accessible Se noyer dans les données! Modélisation des procédés guidée par les données Des relations et modèles utiles et intéressants non évidents intuitivement, sont dissimulés à lintérieur de bases de données énormes et difficilement maniables. De plus, plusieurs variables sont en corrélation Des relations et modèles utiles et intéressants non évidents intuitivement, sont dissimulés à lintérieur de bases de données énormes et difficilement maniables. De plus, plusieurs variables sont en corrélation Données abondantes, mais Connaissances pauvres Techniques dextraction de données: réseaux neuronaux, régression multiple, souches de décision, algorithmes génétiques, agglomérats, analyse multivariable (MVA: Multivariate Analysis), etc. Techniques dextraction de données: réseaux neuronaux, régression multiple, souches de décision, algorithmes génétiques, agglomérats, analyse multivariable (MVA: Multivariate Analysis), etc.

51 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 51 Le modèle théorique utilise les principes premiers pour simuler les mécanismes internes dun procédé Le modèle empirique utilise les données du procédé dusine directement pour établir les corrélations mathématiques À la différence des modèles théoriques, les modèles empiriques ne tiennent pas compte des principes fondamentaux du procédé. Ils emploient seulement des techniques mathématiques et statistiques pures. Lanalyse multivariable (MVA) est une méthode semblable, parce quelle indique des modèles et des corrélations entre les variables, indépendamment de toutes les notions préconçues Modélisation des procédés guidée par les données Le modèle théorique vs. le modèle empirique

52 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 52 "Multivariate Analysis" (> 5 variables) MVA utilise TOUTES les données disponibles pour obtenir le plus dinformations possible Le principe: réduire des centaines de variables à une simple poignée Modélisation des procédés guidée par les données Que veut dire MVA? MVA Explorer les interrelations Exercices de simulation Capteurs logiciels Contrôle par anticipation Bénéfices Outil suivant

53 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 53 Conception et contrôle des procédés intégrés

54 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 54 Des mesures de sécurité, des coûts en énergie, des soucis environnementaux ont augmenté la complexité et la sensibilité des procédés Les usines deviennent fortement intégrées en termes de masse et dénergie et il devient donc souvent difficile de contrôler la dynamique des procédés Objectifs La variabilité des caractéristiques des produits devrait être maintenue à un minimum Variabilité du procédé (pour contrôler la qualité du produit) Le contrôle est essentiel pour utiliser un procédé dans les meilleures conditions Conception et contrôle des procédés intégrés Contexte

55 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 55 La commandabilité est la propriété dun procédé qui tient compte de la facilité avec laquelle une usine en continu peut être maintenue à un régime de fonctionnement spécifique en dépit des perturbations et des incertitudes externes et sans égard du système de contrôle imposé sur un tel procédé Conception et contrôle des procédés intégrés Commandabilité

56 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 56 Stabilité et meilleure performance des boucles de contrôle et des structures Système relativement insensible aux perturbations Gestion efficace des réseaux interactifs Amélioration des dynamiques courantes Flexibilité Conception et contrôle des procédés intégrés Pourquoi la commandabilité est-elle importante? Opération en douceur du procédé plus proche des limites opérationnelles Opération en douceur du procédé plus proche des limites opérationnelles Outil suivant

57 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 57 Optimisation en Temps Réel (RTO: Real Time Optimization)

58 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 58 Les industries de procédés sont de plus en plus contraintes à opérer de façon profitable dans un marché très dynamique et global. La compétition croissante dans le milieu international et des exigences rigoureuses sur les produits signifient des marges de profits décroissantes, à moins que les opérations de lusine soient dynamiquement optimisées pour sadapter aux conditions changeantes du marché et pour réduire les coûts dopération Optimisation en temps réel Contexte Importance de loptimisation en temps réel ou en ligne!

59 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 59 Loptimisation en temps réel est un modèle basé sur une technologie à régime permanent qui détermine, à court terme, du point de vue économique, le régime opérationnel optimal pour un procédé Le système optimise une simulation du procédé, et non pas directement le procédé La performance mesurée en terme de bénéfice économique Est un champ de recherche actif précision du modèle, transmission des erreurs, évaluation de la performance Optimisation en temps réel Quest-ce que loptimisation en temps réel?

60 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 60 Réconciliation et détection de lerreur brute Mise à jour du modèle de procédé (régime permanent simulation dynamique) Détection en régime permanent Optimisation (fonctions objectives) Objectifs dentreprise; données économiques; spécification du produit Coût, procédé, données environnementales et du produit Équipement de lusine Optimisation en temps réel RTO - Schématiquement Outil suivant Figure 6

61 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 61 Modèle dentreprise et modélisation de la chaîne dapprovisionnement

62 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 62 Modèle de procédé et dentreprise intégré Coût, procédé Coût, procédé et données sur lenvironnement et données sur lenvironnement et le produit et le produit Coût, procédé, résultats sur lenvironnement et le produit Analyse de la conception du procédé et synthèse Analyse de lopération du procédé et optimisation Modèle dentreprise et modélisation de la chaîne dapprovisionnement (BM: Business Model – SCM: Supply Chain Modeling) Retour aux outils de lIP

63 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 63 Équipements de lusine Modèle intégré de procédé et dentreprise BM-SCM - Coût, Procédé, données environnementale et des produits (P&E) Données du procédé (P) et Environnementales(E) Données comptables Données sur produits Données du marché Traitement des données Données P&E traitées Réconciliation des données Données P&E réconciliées Coût, procédé, données environnementales et des produits Validation et réconciliation des données Les flèches doubles signifient que lensemble des données est constant à travers les équipements de lusine Lorsque le modèle est construit, il peut être utilisé pour valider et réconcilier les données

64 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 64 Modèle basé sur les 1er principes BM-SCM - Modèle intégré de procédé et dentreprise Modèle tenant compte des coûts Chaînes dapprovisionnement(SC) et modèles env. SC Coût, procédé, données E & P Modèle guidé par les données Modèle tenant compte des coûts Modèle qui traite avec la classification, lenregistrement, lallocation, et le résumé des données, pour aider les décisions de gestion et les rapports financiers Données environnementales Données du marché Données comptables Données du procédé Données sur les produits les produits Chaînes dapprovisionnement(SC) et modèles env. SC Cliquez ici Modèle de simulation du procédé Modèle de procédé et dentrepriseintégré

65 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 65 BM-SCM – Chaîne dapprovisionnement et chaîne dapprovisionnement environnementale La chaîne dapprovisionnement (SC: Supply Chain) est un réseau dorganismes qui sont impliqués, par des liaisons ascendantes et descendantes, dans les différents processus et activités qui génèrent de la valeur sous la forme de produits et services, dans les mains du client ultime (Waste) La chaîne dapprovisionnement environnementale (ESC: Environmental Supply Chain) contient tous les éléments dune chaîne d'approvisionnement traditionnelle, mais elle est prolongée dune boucle semi-fermée afin de tenir compte également de l'impact environnemental de la chaîne dapprovisionnement, pour le recyclage, la réutilisation et le ramassage du matériel déjà utilisé (Beamon 1999)

66 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 66 Objectifs des modèles "SC" et "ESC" Pour intégrer les unités inter-organisationnelles au cours dune chaîne d'approvisionnement (SC) et les matériaux coordonnés, ainsi que linformation et le flux financier, dans le but de remplir les demandes des clients et daméliorer la rentabilité et la sensibilité de la chaîne d'approvisionnement (SC) Pour acquérir la perspective sur l'impact environnemental total du procédé de production (du fournisseur au client et, retour à l'usine par recyclage) et de tous les produits qui sont manufacturés (étroitement liés à l'analyse du cycle de vie "LCA"). BM-SCM – Chaîne dapprovisionnement et chaîne dapprovisionnement environnementale Retour aux Outils de lIP BM-SCM

67 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés Introduction et définition de lIntégration des Procédés 1.2 Vue densemble des outils de lIntégration des Procédés 1.3 Tour dhorizon mondial des praticiens qui concentrent leur expertise sur lIP Plan

68 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés Tour dhorizon mondial des praticiens qui concentrent leur expertise sur lIP

69 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 69 Courtoisie, surtout du monde de lInternet saisir la saveur de lévolution de lIntégration des Procédés LIntégration des Procédés est relativement nouvelle Les chercheurs bâtissent sur leurs forces Plusieurs techniques innovatrices viennent des universités Généralement, lorsque les techniques deviennent pratiques, le secteur privé capitalise, et les techniques avancent plus rapidement Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Institution s Companies FIN CompagniesInstitutions

70 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 70 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Institutions Cliquez sur un continent pour voir les institutions de ce continent North and South America Europe Africa, Middle-East, Asia and Oceania

71 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 71 Institutions - Amérique du Nord et du Sud Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Canada (2) USA (8) Brazil (1) Mexico (2) Pour voir les institutions dun pays en particulier, cliquez sur le drapeau du pays de votre choix Mexique (2) Canada (2) États-Unis (8) Brésil (1)

72 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 72 Institutions - Europe Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Belgium (1) Denmark (1) Finland (3) France (1) Germany (2) UK (5) Hungary (1) Greece (1) Norway (1) Portugal (2) Slovenia (1) Spain (1) Sweden (1) Switzerland (1) Pour voir les institutions dun pays en particulier, cliquer sur le drapeau du pays de votre choix Belgique (1) Grèce (1)Espagne (1) Danemark (1)Hongrie (1) Suède (1) Finlande (3)Norvège (1) Suisse (1) France (1)Portugal (2)Royaume-Uni (5) Allemagne (2)Slovénie (1)

73 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 73 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Institutions - Afrique, Moyen-Orient, Asie et Océanie India (1) Israel (1) South Africa (1) Australia (3) Pour voir les institutions dun pays en particulier, cliquer sur le drapeau du pays de votre choix Afrique du Sud (1) Israël (1) Inde (1) Australie (3)

74 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 74 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Canada École Polytechnique de Montréal, Département de génie chimique, Montréal SUIVANT Contact principal: Professeur Paul Stuart Web: Domaines de recherche : application de lIntégration des Procédés dans lindustrie des pâtes et papiers, avec une emphase sur les techniques de prévention de la pollution et lanalyse de rentabilité, utilisation efficace de lénergie et des matières premières (incluant leau), contrôle des procédés et viabilité de lusine Consortium : Consortium de recherche de lIntégration des Procédés dans lindustrie des pâtes et papiers regroupant 13 membres (2003) incluant des compagnies d'exploitation, des compagnies dingénierie et contractuelles, des compagnies de consultants et des fournisseurs de logiciels dans lindustrie des pâtes et papiers Recherche courante en Intégration des Procédés Simulation des procédés Simulation des procédés Réconciliation des données Réconciliation des données Contrôle des procédés? Contrôle des procédés? Analyse des réseaux (HEN et MEN) Analyse des réseaux (HEN et MEN) Technologies environnementales (par exemple, LCA) Technologies environnementales (par exemple, LCA) Modèle dentreprise Modèle dentreprise Modélisation guidée par les données Modélisation guidée par les données

75 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 75 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Canada Université dOttawa, Département de génie chimique, Ottawa Contact principal: Professeur Jules Thibault Web: Brésil Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro Contact principal: Professeur Eduardo Mach Queiroz Web:

76 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 76 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Mexique Universidad de Guanajuato, Department of Chemical Engineering, Guanajuato SUIVANT Contact principal: Dr Martín-Picón-Núñez Web: Web: Domaines de recherche : la seule université, en Amérique du Nord, à offrir le Programme de Maîtrise en Intégration des Procédés. Analyse des procédés, systèmes dalimentation et développement d'une technologie peu polluante pour lenvironnement Recherche courante en Intégration des Procédés Synthèse des procédés: modélisation, simulation, contrôle et optimisation des procédés; nouveaux procédés et matériaux Synthèse des procédés: modélisation, simulation, contrôle et optimisation des procédés; nouveaux procédés et matériaux Systèmes de récupération de la chaleur; sources d'énergie renouvelable; optimisation thermodynamique Systèmes de récupération de la chaleur; sources d'énergie renouvelable; optimisation thermodynamique Réhabilitation de latmosphère contaminée; traitement des effluents; procédés environnementaux Réhabilitation de latmosphère contaminée; traitement des effluents; procédés environnementaux

77 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 77 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Mexique Universidad Autónoma de San Luis Potosí, San Luis Potosí Contact principal: Professeur Edgar Moctezuma Velázquez Web:

78 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 78 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP États-Unis Carnegie Mellon University, Department of Chemical Engineering, Pittsburgh Suivant Contact principal : Professeur Ignacio E. Grossmann Web: Domaines de recherche : reconnu comme l'un des principaux groupes de recherche dans le domaine de la conception des procédés assistée par ordinateur. Dans lIntégration des Procédés, le groupe est reconnu pour son travail en programmation mathématique, optimisation, systèmes de réacteurs, systèmes de séparation (spécialement la distillation), réseaux déchangeur de chaleur, exploitabilité et synthèse des méthodes dexploitation Consortium : (Centre for Advanced Process Decision-making), a été fondé en En 2001 il comptait 20 membres incluant des sociétés d'exploitation, des compagnies dingénierie et contractuelles, des compagnies de consultants et des fournisseurs de logiciels Consortium : Le CAPD (Centre for Advanced Process Decision-making), a été fondé en En 2001 il comptait 20 membres incluant des sociétés d'exploitation, des compagnies dingénierie et contractuelles, des compagnies de consultants et des fournisseurs de logiciels Recherche courante en Intégration des Procédés Perspective permettant de faciliter et dautomatiser la synthèse Perspective permettant de faciliter et dautomatiser la synthèse Optimisation structurale des schémas de procédé Optimisation structurale des schémas de procédé Synthèse des systèmes de réacteur et des systèmes de séparation Synthèse des systèmes de réacteur et des systèmes de séparation Synthèse des réseaux déchangeur de chaleur Synthèse des réseaux déchangeur de chaleur Techniques globales d'optimisation pertinentes à lIntégration des Procédés Conception intégrée et programmation des usines à procédés discontinus Conception intégrée et programmation des usines à procédés discontinus Dynamiques de la chaîne d'approvisionnement et optimisation Dynamiques de la chaîne d'approvisionnement et optimisation

79 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 79 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP États-Unis Texas A&M University, Department of Chemical Engineering, College Station Suivant Contact principal: Professeur Mahmoud M. El-Halwagi Web: and Domaines de recherche : reconnu comme un chef de file dans les domaines de lintégration de masse et de la prévention de la pollution à travers lIntégration des Procédés Recherche courante dans lIntégration des Procédés Répartition globale de la masse et de l'énergie Répartition globale de la masse et de l'énergie Synthèse de la répartition des déchets et réseaux d'interception des espèces Synthèse de la répartition des déchets et réseaux d'interception des espèces Analyse du point dinvariance de masse physique et réactive Analyse du point dinvariance de masse physique et réactive Synthèse des réseaux de récupération dénergie Synthèse des réseaux de récupération dénergie Conception des systèmes de membrane-hybride Conception des systèmes de membrane-hybride Conception de réactions acceptables pour lenvironnement Conception de réactions acceptables pour lenvironnement Intégration des systèmes de réaction et de séparation Intégration des systèmes de réaction et de séparation Systèmes de flexibilité et de programmation Systèmes de flexibilité et de programmation Conception et contrôle simultanés Conception et contrôle simultanés Optimisation globale via analyse dintervalles Optimisation globale via analyse dintervalles

80 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 80 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP États-Unis Auburn University, Auburn Massachusetts Institute of Technology (MIT), Department of Chemical Engineering, Cambridge SUIVANT Contact principal: Professeur Christopher Roberts Web: Contact principal: Professeur George Stephanopoulos Web:

81 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 81 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP États-Unis Princeton University, Princeton Purdue University, West Lafayette SUIVANT Contact principal: Professeur Christodoulos A. Floudas Web: Contact principal: Professeur G.V. Rex Reklaitis Web: https://engineering.purdue.edu/ChE/index.html and https://engineering.purdue.edu/ECN/ https://engineering.purdue.edu/ChE/index.html https://engineering.purdue.edu/ECN/https://engineering.purdue.edu/ChE/index.html https://engineering.purdue.edu/ECN/

82 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 82 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP États-Unis University of Massachusetts, Amherst University of Pennsylvania, Philadelphia Contact principal: Professeur J. M. Douglas Web: Contact principal: Professeur Warren D. Seider Web:

83 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 83 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Belgique Université de Liège, Laboratory for Analysis and Synthesis of Chemical Systems (LASSC), Liège Danemark Technical University of Denmark, Lyngby Contact principal: Professeur Boris Kalitventzeff Web: Contact principal: Professeur Bjørn Qvale Web:

84 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 84 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Finlande Åbo Akademi University, Process Design Laboratory, Åbo Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta Helsinki University of Technology, Laboratory of Energy Engineering and Environmental Protection, Helsinki Contact principal: Professeur Tapio Westerlund Web: Contact principal: Professeur Lars Nyström Web: Contact principal: Professeur Carl-Johan Fogelholm Web:

85 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 85 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP France INPT-ENSIGC, Laboratoire de génie chimique, Toulouse Grèce Chemical Process Engineering Research Institute, Hellas Contact principal: Professeur Xavier Joulia Web: Contact principal: Professeur I. Vasalos Web:

86 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 86 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Allemagne Universität Dortmund, Dortmund Technische Universität Hamburg, Harburg Contact principal: Professeur A. Behr Web: Contact principal: Professeur Günter Gruhn Web:

87 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 87 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Norvège Norwegian University of Science and Technology, Process Systems Engineering in Trondheim (PROST), Trondheim Hongrie Budapest University of Technology and Economics, Budapest Contact principal: Professeur Zsolt Fonyo Web: Contact principal: Professeur Sigurd Skogestad Web:

88 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 88 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Portugal Universidade do Porto, Porto Instituto Superior Técnico, Lisboa Contact principal: Professeur Manuel A.N. Coelho Web: Contact principal: Professeur Clemente Pedro Nunes Web:

89 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 89 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Slovénie University of Maribor, Maribor Suisse École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne Contact principal: Professeur Peter Glavič Web: Contact principal: Professeur Daniel Favrat Web:

90 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 90 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Espagne Universitat Politècnica de Catalunya, Chemical Engineering Department, Barcelona Contact principal: Professeur Luis Puigjaner Web: Domaines de recherche : Travail pilote dans le domaine des opérations assistées par ordinateur. Dans lIntégration des procédés, le groupe est reconnu pour ses contributions dans les procédés tributaires du temps, comme la chaleur et l'énergie combinées, la minimisation simultanée des pertes énergétiques et des résidus, la surveillance du procédé intégré, le diagnostique et le contrôle, et lincertitude du procédé Consortium : "Manufacturing Reference Centre" avec 12 membres (1966) incluant Conselleria d'Indústria et associé à des sociétés d'exploitation, des compagnies dingénierie et contractuelles, des compagnies de consultants et des fournisseurs de logiciels. De plus, le groupe de recherche TQG (General Chemical Technology) s'est développé de façon constante avec de la recherche liée à la cinétique, à la conception des procédés et aux opérations. Recherche courante en Intégration des Procédés Modélisation et optimisation évolutives Modélisation et optimisation évolutives Optimisation multi-objective des systèmes tributaires du temps Optimisation multi-objective des systèmes tributaires du temps Énergie combinée et minimisation de lutilisation de leau Énergie combinée et minimisation de lutilisation de leau Intégration de colonnes de distillation thermocouplées Intégration de colonnes de distillation thermocouplées Récupération des gaz chauds et systèmes de nettoyage Récupération des gaz chauds et systèmes de nettoyage

91 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 91 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Suède Chalmers University of Technology, Department of Heat and Power, Göteborg Contact principal: Thore Berntsson Web: Domaines de recherche : élaboration de méthodologies et recherche appliquée basée sur la technologie du point dinvariance. Emphase sur des nouvelles méthodes de rétro-installation, incluant le traitement réaliste des distances géographiques, les chutes de pression, la variation des coûts fixes, etc. De nouveaux concepts importants incluent la matrice des coûts pour choisir un type de rétro-installation et les diagrammes thermodynamiques composites pour les applications calorifiques et de puissance (incluant les turbines au gaz et les pompes de chaleur). Recherche en pâtes et papiers avec une concentration sur lénergie et lenvironnement. Industrie : coopération étroite avec quelques groupes industriels majeurs oeuvrant dans les pâtes et papiers, incluant des cours de formation et de la consultation Recherche courante en Intégration des Procédés Conception de la rétro-installation des réseaux déchangeur de chaleur Conception de la rétro-installation des réseaux déchangeur de chaleur Intégration des Procédés des pompes à chaleur dans la conception de nouvelles unités et de rétro-installations Intégration des Procédés des pompes à chaleur dans la conception de nouvelles unités et de rétro-installations Turbine à gaz basée sur les usines CHP dans des situations de rétro-installation Turbine à gaz basée sur les usines CHP dans des situations de rétro-installation Recherche appliquée dans lindustrie des pâtes et papiers, comme la gazéification de la liqueur noire et la fermeture de lusine de blanchiment Recherche appliquée dans lindustrie des pâtes et papiers, comme la gazéification de la liqueur noire et la fermeture de lusine de blanchiment Aspects environnementaux de lIntégration des Procédés, spécialement pour les émissions de gaz à effet de serre Aspects environnementaux de lIntégration des Procédés, spécialement pour les émissions de gaz à effet de serre

92 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 92 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Royaume-Uni Imperial College, Centre for Process Systems Engineering, London SUIVANT Contact principal: Professeur Efstratios N. Pistikopoulos Web: and Domaines de recherche : reconnu comme le plus grand groupe de recherche dans le domaine des systèmes de procédés de lingénierie, lequel inclut: synthèse/conception, opérations, contrôle et modélisation. Le groupe est reconnu comme un Centre dexcellence mondial en modélisation des procédés, en techniques numériques/optimisation et conception des procédés intégrés (qui inclut une considération simultanée de lIntégration des Procédés et du contrôle). Le Centre est aussi un collaborateur important dans le domaine de lintégration et de l'opération des procédés discontinus. Consortium : Système de procédés en ingénierie de 17 membres (2003) incluant des compagnies d'exploitation, d'ingénierie et contractuelles et des fournisseurs de logiciels Recherche courante en Intégration des Procédés Traitement intégré dans le procédé discontinu Traitement intégré dans le procédé discontinu Conception et gestion des procédés intégrés de la chaîne d'approvisionnement Conception et gestion des procédés intégrés de la chaîne d'approvisionnement Incertitude et exploitabilité dans la conception des procédés Incertitude et exploitabilité dans la conception des procédés Formulation de modèles de programmation mathématique pour traiter les problèmes de synthèse et dIntégration des Procédés Formulation de modèles de programmation mathématique pour traiter les problèmes de synthèse et dIntégration des Procédés

93 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 93 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Royaume-Uni UMIST, Department of Process Integration, Manchester SUIVANT Contact principal: Professeur Robin Smith Web: Domaines de recherche : reconnu comme le pionnier et un groupe de recherche majeur dans le domaine de lanalyse du point dinvariance. Leur recherche antérieure inclut les objectifs et les méthodes de conception pour les réseaux déchangeurs de chaleur (nouvelles unités et rétro-installation), les systèmes de chaleur et d'énergie, les systèmes de séparation alimentés par la chaleur, la flexibilité, lensemble des sites, les considérations pour baisse de pression, lIntégration des Procédés en discontinu, la réduction de leau et des matières résiduelles et le traitement deffluents distribués Industrie : Un consortium de recherche a été créé en 1984 et est maintenant formé de 26 compagnies majeures représentant différents aspects des procédés et des industries de services Recherche courante en Intégration des Procédés Utilisation efficace des matières premières (incluant leau) Utilisation efficace des matières premières (incluant leau) Efficacité énergétique Efficacité énergétique Réduction des émissions Réduction des émissions Utilisation efficace des immobilisations Utilisation efficace des immobilisations

94 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 94 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Royaume-Uni University of Edinburgh, Edinburgh University College, London University of Ulster, Coleraine Contact principal: Dr. David Bogle Web: Contact principal: Professeur Jack W. Ponton Web: Contact principal: Professeur J.T. McMullan Web:

95 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 95 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Israël Technion, Israel Institute of Technology, Haifa Contact principal: Professeur Daniel R. Lewin Web: Inde Indian Institute of Technology, Bombay Contact princiapl: Dr. Uday V. Shenoy Web:

96 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 96 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Afrique du Sud University of the Witwatersrand, Process & Materials Engineering, Johannesburg Contact principal: Professeur David Glasser Web: Domaines de recherche : reconnu comme le principal groupe de recherche dans le développement de la méthode de région atteignable (AR: Attainable Region) pour la synthèse du réacteur et du procédé. Le concept de la région atteignable a été étendu à des systèmes où prennent place le transfert de masse, le transfert de chaleur et la séparation. Dans sa forme généralisée (réaction, mixage, séparation, transfert de chaleur et transfert de masse), le concept de la région atteignable procure un outil de synthèse qui offrira des objectifs pour des conceptions optimales pour lesquelles des solutions plus pratiques pourront être considérées A fondé sa propre entreprise de consultation, appelée Wits Enterprise za/ za/ za/ Recherche courante en Intégration des Procédés Systèmes impliquant la réaction, le mixage et la séparation (par exemple: la distillation réactionnelle) Systèmes impliquant la réaction, le mixage et la séparation (par exemple: la distillation réactionnelle) Systèmes de réacteur chimique non isotherme Systèmes de réacteur chimique non isotherme Optimisation des systèmes dynamiques Optimisation des systèmes dynamiques

97 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 97 Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Australie University of Adelaide, Adelaide Murdoch University, Rockingham University of Queensland, Brisbane Contact principal: Dr. B.K. O'Neill Web: Contact principal: Professeur Peter Lee Web: Contact principal: Professeur Ian Cameron Web:

98 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 98 Compagnies Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Linnhoff March Limited, Northwich, Cheshire, UK Web: and Liste des services dans le domaine de lIntégration des Procédés Exécution de projets et consultation Exécution de projets et consultation Développement et support de logiciels Développement et support de logiciels Aide à la formation Aide à la formation Projets typiques: 1200 contrats sur 18 ans Projets typiques: 1200 contrats sur 18 ans Technologies de lIP La technologie du point dinvariance (analyse et conception HEN et analyse de l'ensemble du site) La technologie du point dinvariance (analyse et conception HEN et analyse de l'ensemble du site) Water Pinch minimisation des eaux usées Water Pinch minimisation des eaux usées Logiciel danalyse thermique et hydraulique combinées des colonnes de distillation de lIP: logiciel, prouvé à maintes reprises comme étant à la fine pointe de la technologie, incluant Logiciel danalyse thermique et hydraulique combinées des colonnes de distillation de lIP: logiciel, prouvé à maintes reprises comme étant à la fine pointe de la technologie, incluant SuperTarget, PinchExpress, WaterTarget et Steam97SuperTarget, PinchExpress, WaterTarget et Steam97 Linnhoff March est la compagnie pionnière de la technologie du point dinvariance et, est maintenant, depuis 2002, une division de KBC Process Technology Limited. KBC Advanced Technologies est le plus important consultant indépendant de lingénierie des procédés, améliorant lefficacité opérationnelle et la rentabilité dans lindustrie mondiale du traitement des hydrocarbures SUIVANT

99 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 99 Compagnies Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP SUIVANT Process Systems Enterprise Limited, London, UK Web: Liste des services dans le domaine de lIntégration des Procédés Modélisation du procédé dynamique Modélisation du procédé dynamique Optimisation dynamique Optimisation dynamique Modélisation de lentreprise Modélisation de lentreprise Formation approfondie pour tous les produits Formation approfondie pour tous les produits Technologies de lIP gPROMS ®, for general PROcess Modeling System Simulation des procédés en régime permanent et dynamique, optimisation (MINLP) logiciel destimation des paramètres, préparé pour différents usagers gPROMS ®, for general PROcess Modeling System Simulation des procédés en régime permanent et dynamique, optimisation (MINLP) logiciel destimation des paramètres, préparé pour différents usagers Model Enterprise ® modélisation de la chaîne d'approvisionnement et environnement propice à lexécution Model Enterprise ® modélisation de la chaîne d'approvisionnement et environnement propice à lexécution Model Care ® modèle dentreprise Model Care ® modèle dentreprise Process Systems Enterprise Limited (PSE) est un fournisseur dune technologie de modélisation à la fine pointe, et de services aux industries de procédés. Ces technologies traitent des besoins pressants dans des segments de marché en ingénierie et automation à croissance rapide: industries de produits chimiques, de produits pétrochimiques, de pétrole et de gaz, des pâtes et papiers, de l'électricité, des produits chimiques fins, de la nourriture, des produits pharmaceutiques et des industries de biotechnologie.Process Systems Enterprise Limited (PSE) est un fournisseur dune technologie de modélisation à la fine pointe, et de services aux industries de procédés. Ces technologies traitent des besoins pressants dans des segments de marché en ingénierie et automation à croissance rapide: industries de produits chimiques, de produits pétrochimiques, de pétrole et de gaz, des pâtes et papiers, de l'électricité, des produits chimiques fins, de la nourriture, des produits pharmaceutiques et des industries de biotechnologie.

100 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 100 Compagnies Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Industrial and Power Association-National Engineering Laboratory (NEL), UK Web: QuantiSci Limited, UK Web: SUIVANT

101 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 101 Compagnies Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP American Process Inc., Atlanta, USA Web: Liste des services dans le domaine de lIntégration des Procédés Ciblage de lénergie utilisant lanalyse du point dinvariance Ciblage de lénergie utilisant lanalyse du point dinvariance Modélisation de la simulation Modélisation de la simulation Optimisation linéaire Optimisation linéaire Plus de 150 études complétées Plus de 150 études complétées Technologies de lIP PARIS (Production Analysis for Rate and Inventories Strategies) Outil décisionnel pour optimiser les opérations des moulins de pâtes et papiers PARIS (Production Analysis for Rate and Inventories Strategies) Outil décisionnel pour optimiser les opérations des moulins de pâtes et papiers O-Pinch (Operational Pinch) O-Pinch (Operational Pinch) SPARTA optimiseur en temps réel du coût de la vapeur et de l'électricité SPARTA optimiseur en temps réel du coût de la vapeur et de l'électricité Water Close point dinvariance de leau Water Close point dinvariance de leau Fondée en 1994, American Process Inc est la première firme en importance de spécialistes de consultation en ingénierie dédiée à la minimisation des coûts en énergie dans lindustrie des pâtes et papiers et autres industries. Notre succès est dû en grande partie aux solutions adaptées sur mesure offertes à notre clientèle, admettant que chaque moulin est une opération unique, optimisant de ce fait le potentiel pour des économies SUIVANT

102 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 102 Compagnies Tour dhorizon mondial des praticiens de lIP Advanced Process Combinatorics (APC), USA Web: Aspen Technology Inc. (AspenTech), USA Web: and

103 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 103 Fin du Niveau 1 Voici la fin du Niveau 1. À ce moment-ci, nous assumons que vous avez fait toutes les lectures. Certaines informations peuvent encore vous sembler confuses, mais rappelez-vous quil nous reste encore à essayer de vous donner toutes les pièces du casse-tête de lIntégration des Procédés. Avant de passer au Niveau 2, un court quiz à choix multiples suivra.

104 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 104 QUIZ

105 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 105 NIVEAU I – QUIZ Où le concept de lIntégration des Procédés a-t-il été développé pour la première fois? Atlanta, États-Unis Montréal, Canada Guanajuato, Mexique Manchester, Royaume-Uni Question 1

106 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 106 Question 2 1. Coûts 2. Pollution 3. Débit 4. Utilisation de lénergie 5. Rendement 6. Profit 7. Utilisation des données 8. Volume de production 9. Utilisation de leau 10. Problèmes dexploitation 1,4,6,7 et 9 ; 2,3,5,8 et10 1,4,6,7 et 9 ; 2,3,5,8 et10 3,4,5,7 et 8 ; 1,2,6,9 et 10 3,4,5,7 et 8 ; 1,2,6,9 et 10 2,3,6,8 et 10 ; 1,4,5,7 et 9 2,3,6,8 et 10 ; 1,4,5,7 et 9 1,2,4,9 et 10 ; 3,5,6,7 et 8 1,2,4,9 et 10 ; 3,5,6,7 et 8 L'utilisation les techniques et méthodes de lIP vous permet dobserver différentes variations dans un procédé, une usine ou une compagnie. Utilisez chacun des items suivants et indiquez sils seraient réduits ou augmentés dans un contexte de lIntégration des Procédés. NIVEAU I – QUIZ

107 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 107 Question 3 Lesquels des énoncés suivants sont faux? 1.Les simulations en régime permanent permettent à lingénieur de procédés détudier des stratégies de mise en marche et darrêt 2.Dans lindustrie des procédés, nous trouvons deux sortes de modèles: les modèles dopération des unités déquipement et les modèles d'opération de lusine 3.Un modèle peut représenter exactement ce qui se passe dans un procédé 4.Généralement, les simulations dynamiques sont utilisées pour évaluer les dimensions et les coûts des unités du procédé 1 et 2 1,2 et 3 1 et 3 2 et 4 2 et 3 Toutes ces réponses 3 et 4 1,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ

108 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 108 Question 4 Quest-ce qui altère habituellement les mesures de lusine? 1.Les fluctuations aléatoires du bloc dalimentation 2.Les conditions ambiantes 3.La mauvaise calibration du capteur 4.La capacité et la vitesse de calcul de lordinateur 5.L'environnement du procédé hostile 6.La fréquence de léchantillonnage 1,2 et 3 1,2,3 et 5 1,2 et 5 2 et 4 1,3 et 6 Toutes ces réponses 2,3,5 et 6 1,2,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ

109 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 109 Question 5 1.Réduction des émissions dans les raffineries de pétrole 2.Investissement en immobilisations et économies des coûts dopération 3.Conception dun réseau déchangeur de chaleur 4.Meilleur usage de lhydrogène dans les raffineries 5.Conception dun réseau à usage général 2 et 3 1,2,3 et et 4 Toutes ces réponses 3 1,2,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ Dans quel but lanalyse du point dinvariance a-t-elle été initialement conçue?

110 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 110 Question 6 1.Interactions entre variables 2.Critère de performance 3.Paramètres 4.Équilibres entre masse et énergie 5.Égalités et inégalités 2 et 3 1,2,3 et et 4 Toutes ces réponses 3 1,2,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ Quest-ce quune fonction objective représente dans un problème doptimisation?

111 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 111 Question 7 1.Résoudre des problèmes sur une longue période de temps grâce à des procédés comme la reproduction, la mutation et la sélection naturelle 2.Chaque génération du programme améliore un peu plus la qualité de la solution (chaque nouvelle génération est meilleure que la précédente) 3.Générer et évaluer des milliers de générations en quelques secondes 2 et 3 1,2 et et 2 3 Tout le domaine de la recherche des algorithmes génétiques a été inspiré par la théorie de sélection naturelle et de survie des plus forts de Darwin. Contrairement à lévolution naturelle, un programme dalgorithmes génétiques peut faire quoi? NIVEAU I – QUIZ

112 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 112 Question 8 Lesquels des énoncés suivants sont faux? 1.Le besoin d'économie en immobilisations a mené à la création de techniques dexploration des données 2.Un modèle de boîte noire (black box) utilisant les données du procédé de lusine, tient compte directement des principes du procédé (process fundamentals) 3.Une analyse multivariable est définie comme lanalyse simultanée de plus de cinq variables 4.Des méthodes danalyse multivariable sont utilisées pour remplacer lanalyse physique du procédé 1,2 et 3 1 1,2 et 4 Toutes ces réponses 4 1,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ

113 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 113 Question 9 Avec un système doptimisation en temps réel: 1.Le procédé est directement optimisé 2.Des décisions à jour peuvent être prises sur les opérations de lusine et sur la maintenance pour maximiser la rentabilité de lusine 3.Des décisions peuvent être prises avant que linformation complète sur les données soit disponible 4.Il est possible de déterminer un régime dopération économiquement optimal pour un procédé à court terme 1,2 et 3 1 2,3 et 4 Toutes ces réponses 1 et 3 1,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ

114 PIECENAMP Module 8: Introduction à lIntégration des Procédés 114 Réponses Question 1Manchester, UK Question 2 1,2,4,9 et 10 ; 3,5,6,7 et 8 Question 31,3 et 4 Question 41,2,3 et 5 Question 53 Question 62 Question 73 Question 81,2 et 4 Question 92,3 et 4 NIVEAU I – QUIZ


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