Ministère de l’enseignement supérieur

et de la recherche scientifique
************
Université de Carthage
************
Institut National des Sciences
Appliquées et de Technologie

Projet Personnel Professionnel

Filière : 3ème année chimie industrielle
Sujet :
Dimensionnement de opérations unitaires en génie
des procédés
par ASPEN HYSYS

Elaboré par : MZOUGHI Maher

Encadré par : Mr ABID Sami

Année universitaire : 2020/2021

 Table des matières
Liste des figures ....................................................................................................................................... iv
Liste des tableaux .................................................................................................................................... iv
Nomenclature...........................................................................................................................................v
Introduction générale :........................................................................................................................... vii
Problème N°1 : Compression d’un gaz naturel ....................................................................................... 1
1. Introduction : ................................................................................................................................... 1
2. Présentation du problème : ............................................................................................................ 1
3. Résolution du problème : ................................................................................................................. 2
3.1. Résolution manuelle : .............................................................................................................. 2
3.2 .Résolution du problème avec HYSYS : .................................................................................... 2
3.2.1 Etapes de résolution : ...................................................................................................... 3
3.2.2 Résultats : ........................................................................................................................ 4
3.3 Comparaison des résultats : .................................................................................................... 7
3.4 Commentaire : ......................................................................................................................... 7
4 Conclusion : ..................................................................................................................................... 8
Problème N°2 : Etude d’un échangeur de chaleur .................................................................................. 9
1. Introduction : ................................................................................................................................... 9
2. Présentation du problème : ............................................................................................................ 9
3. Résolution du problème : ................................................................................................................ 9
3.1. Etude théorique :..................................................................................................................... 9
3.1.1. La différence de température moyenne logarithmique :................................................ 9
3.1.2. Facteur de correction : .................................................................................................. 11
3.2. Résolution manuelle : ............................................................................................................ 12
3.3. Résolution avec ASPEN HYSYS : ............................................................................................. 13
3.3.1. Etapes de la résolution : ................................................................................................ 13
3.3.2. Résultats : ...................................................................................................................... 15
3.4. Comparaison des résultats : .................................................................................................. 16
3.5. Commentaire : ....................................................................................................................... 16
4. Conclusion : ................................................................................................................................... 16
Problème N°3 : Etude d’une machine frigorifique ................................................................................ 17
1. Introduction : .................................................................................................................................. 17
1.1. Les composants de la machine frigorifique : ......................................................................... 17
1.2. Principe de fonctionnement : ................................................................................................ 17
1.3. Les performances d’une machine frigorifique : .................................................................... 19

ii
2. Présentation du problème : (exemple 10.3) ................................................................................ 19
3. Résolution du problème : .............................................................................................................. 20
3.1. Résolution manuelle : ............................................................................................................ 20
3.2. Résolution avec HYSYS : ........................................................................................................ 22
3.2.1. Etapes de la résolution : ................................................................................................ 22
3.2.2. Résultats de la simulation HYSYS :................................................................................. 25
3.3. Comparaison des résultats : .................................................................................................. 26
4. Conclusion : ................................................................................................................................... 26
Conclusion générale : ............................................................................................................................ 27
Références bibliographiques : ............................................................................................................... 28

iii
 Liste des figures
Figure 1:Principe de fonctionnement d'un compresseur........................................................................ 1
Figure 2 :choix des composés du gaz ...................................................................................................... 3
Figure 3 : Caractéristiques du gaz naturel à l’entrée .............................................................................. 4
Figure 4 : Désignation des caractéristiques du compresseur.................................................................. 4
Figure 5 : Schéma de la simulation .......................................................................................................... 5
Figure 6: Caractéristiques du gaz naturel à la sortie ............................................................................... 5
Figure 7: Puissance consommée par le compresseur d’efficacité 75%................................................... 6
Figure 8: caractéristiques du gaz à la sortie du compresseur ................................................................. 6
Figure 9 : Puissance consommée par le compresseur d’efficacité 10% .................................................. 7
Figure 10:Réprésentation détaillée de l'échangeur de chaleur à étudier ............................................... 9
Figure 11:Évolution des températures du fluide chaud et du fluide froid le long d’un échangeur à co-
courant .................................................................................................................................................. 10
Figure 12 :Évolution des températures du fluide chaud et du fluide froid le long d’un échangeur à
contre-courant ...................................................................................................................................... 11
Figure 13:Exemple d'une abaque de détermination du facteur correctif ............................................ 12
Figure 14: Choix des composés ............................................................................................................. 13
Figure 15: Choix du modèle thermodynamique ................................................................................... 14
Figure 16:Caractérsitques du fluide à l'entrée des tubes...................................................................... 14
Figure 17:Caractéristiques du fluide à l'entrée du calandre ................................................................. 15
Figure 18: Schéma de la simulation....................................................................................................... 15
Figure 19:Résultats affichés par ASPEN HYSYS...................................................................................... 16
Figure 20:Les composants d'une machine frigorifique ......................................................................... 17
Figure 21:Schéma de principe de fonctionnement d'une machine frigorifique ................................... 18
Figure 22:Le cycle frigorifique dans le diagramme de Mollier .............................................................. 19
Figure 23:Diagramme T-S du cycle frigorifique de R134a ..................................................................... 20
Figure 24:Diagramme de Mollier de R134a .......................................................................................... 21
Figure 25:Choix du fluide frigorigène .................................................................................................... 22
Figure 26:Choix du modèle thermodynamique .................................................................................... 22
Figure 27:Ajout du compresseur ........................................................................................................... 23
Figure 28:Caractérisation du fluide ....................................................................................................... 23
Figure 29:Ajout du condenseur ............................................................................................................. 24
Figure 30:Carctérisation du fluide à la sortie du condenseur ............................................................... 24
Figure 31:Ajout du détendeur et de l'évaporateur ............................................................................... 25
Figure 32:Schéma du cycle frigorifique ................................................................................................. 25
Figure 33:Résultats obtenus par HYSYS................................................................................................. 26
Figure 34:Abaque de détermination du facteur de correction ............................................................. 29

Liste des tableaux

Tableau 1: Données concernant le gaz naturel ....................................................................................... 1
Tableau 2:les valeurs de la puissance consommée trouvés manuellement ........................................... 2
Tableau 3 : Les valeurs de la puissance consommées trouvées par Aspen ............................................ 7
Tableau 4: Comparaison des résultats .................................................................................................... 7
Tableau 5:Comparaison des résultats obtenus ..................................................................................... 16
Tableau 6:Comparaison des résultats obtenus ..................................................................................... 26

iv
Nomenclature
Variable Désignation Unité

Pression d’entrée du gaz P1 bar

Pression de sortie du gaz P2 bar

Température d’entrée du gaz T1 °C

Coefficient de compressibilité Ɣ

Masse molaire du gaz M Kg/kgmol

Constante des gaz parfaits R Kj/kg*mol*k

Efficacité du compresseur ɳ
Travail de l’arbre du Ws KJ/kg
compresseur
Puissance du compresseur Brake kW
Débit massique du gaz qm Kg/h
Fraction molaire x
Débit massique de l’eau qme Kg/s

Débit massique de glycérine qmg Kg/s

Capacité calorifique de l’eau cpe

Capacité calorifique de glycérine cpg

Température de l’eau à l’entrée Tce °C

et à la sortie respectivement Tcs
Température de glycérine à Tfe °C
l’entrée et à la sortie Tfs
respectivement
Flux de chaleur échangé 𝑄̇ kW

Différence logarithmique de ΔTlm °C

température
Surface d’échange A m²

Coefficient d’échange U kW/m²°C

Facteur de correction F

v
 Efficacité du ɳ
compresseur

Production Qf kJ/kg
frigorifique

Travail du W kJ/kg
compresseur

Débit massique du 𝑚̇ Kg/s

fluide

Coefficient de COP
performance

L’enthalpie du fluide h1 kJ/kg

frigorigène à l’entrée
du compresseur

L’enthalpie du fluide h2 kJ/kg

frigorigène à la sortie
du
compresseur(entrée
condenseur)

L’enthalpie du fluide h3 kJ/kg

frigorigène à la sortie
condenseur(entrée
détendeur)

L’enthalpie du fluide h4 kJ/kg

frigorigène à la sortie
du
condenseur(entrée
détendeur)

Température de Tk °C
condensation du
fluide frigorigène

Température d’évaporation du Tev °C

fluide

vi
Introduction générale :
La résolution de certains problèmes en génie des procédés nécessitent des calculs
complexes et parfois difficiles à réaliser manuellement.
Pour cela on utilise plusieurs méthodes numériques pour résoudre ces problème. Parmi
ces méthodes on cite le logiciel de simulation Aspen HYSYS qui permet de modéliser
mathématiquement des procédés.
On se propose dans ce projet de résoudre trois problèmes différents notamment :
➢ La compression d’un gaz naturel
➢ Etude d’un échangeur de chaleur
➢ Etude d’une machine frigorifique

vii
 Problème N°1 : Compression d’un gaz naturel

1. Introduction :

Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter

la pression d'un gaz, et donc son énergie.
Il existe également des compresseurs sans aucun organe mécanique, ce sont les thermo
compresseurs, plus communément appelés éjecteurs.[1]

Figure 1:Principe de fonctionnement d'un compresseur

2. Présentation du problème :

Un gaz naturel est comprimé constitué de méthane ,éthane, dioxyde de carbone et diazote
de 30°C et 3bar à 10 bar avec un débit massique est égal à 100kg/h.[2]

Données :[2]

Tableau 1: Données concernant le gaz naturel

Composant Fraction molaire(%) Masse molaire(kg/kgmol)

Méthane 80 16
Ethane 10 30
Dioxyde de carbone 5 44
Diazote 5 28

1
Travail demandé :

On se propose de déterminer la puissance consommée par le compresseur qui sert à

comprimer le gaz cité au dessus.

3. Résolution du problème :
3.1. Résolution manuelle :

Calcul de la masse molaire du gaz naturel :

La masse molaire du gaz est donnée par :[3]

M=x CH4*MCH4 +xC2H6*MC2H6 +x CO2*MCO2 +x N2*MN2

Application numérique :

M=0.8*16+0.1*30+0.05*44+0.05*28= 19.4 kg/kgmol

Calcul du travail de l’arbre du compresseur :

L’expression du travail de l’arbre u compresseur est donnée par la relation suivante :

ɣ 𝑹𝑻𝟏 𝑷𝟐
-Ws= ɣ−𝟏* *[(𝑷𝟏)(ɣ/ɣ-1)] [4]
𝑴

Application numérique :

1.31 8.3143∗(30+273.15) 10
-Ws= 1.31−1* *[( 3 )(1.31/(1.31-1))]
19.4

-Ws=181kJ/kg

Calcul de la puissance du compresseur :

La puissance du compresseur est donnée par :

Brake KW= (-WS*qm)/ɳ

Tableau 2:les valeurs de la puissance consommée trouvés manuellement

Efficacité ɳ Brake KW
10% 50.27
75% 6.7

3.2 .Résolution du problème avec HYSYS :

2
 3.2.1 Etapes de résolution :

1/ Choisir les constituants du gaz naturel

A partir de la liste des composés

2/Choisir PRSV comme ‘fluid package’

Figure 2 :choix des composés du gaz

3
 Figure 3 : Caractéristiques du gaz naturel à l’entrée

Figure 4 : Désignation des caractéristiques du compresseur

3.2.2 Résultats :
Le schéma de la simulation est présenté comme suit :

4
 Figure 5 : Schéma de la simulation

Compresseur d’efficacité adiabatique est égale à 75%

Figure 6: Caractéristiques du gaz naturel à la sortie

5
 Figure 7: Puissance consommée par le compresseur d’efficacité 75%

Compresseur d’efficacité adiabatique est égale à 10%

Figure 8: caractéristiques du gaz à la sortie du compresseur

6
 Figure 9 : Puissance consommée par le compresseur d’efficacité 10%

D’après la simulation les puissances consommées par les compresseurs sont données dans le
tableau suivants :
Tableau 3 : Les valeurs de la puissance consommées trouvées par Aspen

Efficacité Puissance consommée (kW)

10% 49.0784
75% 6.54379

3.3 Comparaison des résultats :

Tableau 4: Comparaison des résultats

Résolution HYSYS Résolution manuelle

Efficacité 10% 75% 10% 75%

Puissance 49.0784 6.54379 50.27 6.7

consommé(kW)

3.4 Commentaire :
La résolution avec HYSYS et la résolution manuelle donnent des résultats presque égaux.

7
4 Conclusion :
L’utilisation d’une simulation HYSYS peut donner des résultats différents résultats qu’un
calcul manuel.
Il faut utiliser les données exactes des variables caractéristiques du système étudié pour
avoir des bons résultats.

8
 Problème N°2 : Etude d’un échangeur de chaleur

1. Introduction :
Un échangeur de chaleur est un appareil qui permet de réaliser un échange de chaleur
entre deux fluides à températures différentes.

Les échangeurs de chaleur sont couramment utilisés dans le domaine industriel, soit
pour la récupération, soit pour l’évacuation d’énergie. Différentes technologies peuvent
être rencontrées, à savoir, les échangeurs tubulaires simples, les échangeurs à tube et
calandre, les échangeurs à plaque etc.

Ils jouent un rôle important dans l’ingénierie des procédés.

2. Présentation du problème :
De l’eau chaude à 100°C et un débit de 5kg/s sert à chauffer la glycérine de 15°C à 55°C à
travers un échangeur à tube et calandre ,l’eau sort avec une température est égale à
55°C.[5]

Figure 10:Réprésentation détaillée de l'échangeur de chaleur à étudier

On se propose dans ce problème de déterminer le débit massique de la glycérine ainsi que

le coefficient d’échange global.

3. Résolution du problème :
3.1. Etude théorique :
On se propose dans cette partie théorique d’expliquer la méthode de différence
logarithmique des températures et la facteurs de correction.

3.1.1. La différence de température moyenne

logarithmique :
Dans un échangeur de chaleur, on distingue deux modes d’écoulements à savoir :

9
 ➢ celui à co-courants : écoulements parallèles des fluides et dans la même direction
➢ celui à contre-courants : écoulements parallèles des fluides mais dans des directions
inverses

➢ Cas d’un échangeur à co-courant :[6]

Figure 11:Évolution des températures du fluide chaud et du fluide froid le long d’un échangeur à co-
courant

La différence de température logarithmique moyenne ΔTlm (DTLM) est définie de la manière

suivante :
𝛥𝑇1 − 𝛥𝑇2
𝛥𝑇𝑙𝑚 =
𝛥𝑇
ln 𝛥𝑇1
2

Avec : ΔT1= Tce -Tfe

ΔT2=Tcs- Tfs

Tce , Tfe : températures d’entrée des fluides respectivement chaud et froid.

Tcs, Tfs températures de sortie des fluides respectivement chaud et froid.

Dans notre cas, le fluide chaud est l’eau, le fluide froid est la glycérine.

➢ Cas d’un échangeur contre courant :

10
 Figure 12 :Évolution des températures du fluide chaud et du fluide froid le long d’un échangeur à
contre-courant

Dans ce cas, la différence de température logarithmique moyenne ΔTlm (DTLM) est définie
de la manière suivante :[6]
𝛥𝑇1 − 𝛥𝑇2
𝛥𝑇𝑙𝑚 =
𝛥𝑇
ln 𝛥𝑇1
2

Avec ΔT1= Tce- Tfs

ΔT2= Tcs - Tfe

Tce , Tfe : températures d’entrée des fluides respectivement chaud et froid.

Tcs, Tfs températures de sortie des fluides respectivement chaud et froid.

3.1.2. Facteur de correction :

Ce facteur correctif dépend de la géométrie de l'échangeur mais aussi du profil de
température. Celui-ci est représenté par deux facteurs généralement nommés R et P (dans la
littérature anglo-saxonne), dont les définitions sont les suivantes :[7]
• R correspond au rapport des débits de capacité calorifiques des deux fluides ou
encore au rapport des changements de température de chaque fluide; il peut varier
de 0 à +∞.
• P correspond à une efficacité thermique de l'échangeur; si l'un des fluides sort de
l'échangeur à la température d'entrée de l'autre fluide, l'échange maximum possible
est atteint: P = 1.

R et P sont calculés grâce au profil des températures de l'échangeur.

Deux définitions de P et R sont proposées:

11
 • pour les échangeurs à tubes et calandre, les fluides sont repérés selon qu'ils circulent
dans la calandre ou dans les tubes; 0 ≤ R < +∞
• les fluides sont repérés selon que leur changement de température est le plus grand
ou le plus petit; 0 ≤ R ≤ 1; P représente alors le rendement de l'échangeur: P = Q /
Qmax
𝑇𝑒−𝑇𝑠
R= 𝑡𝑠−𝑡𝑒
𝑡𝑠−𝑡𝑒
P=𝑇𝑒−𝑡𝑒

Avec :
Te, Ts: températures entrée/sortie côté calandre
te, ts : températures entrée/sortie côté tube
La valeur du facteur correctif F est déterminé par l’utilisation des abaques tel que l’abaque
présentée ci-dessous

Figure 13:Exemple d'une abaque de détermination du facteur correctif

3.2. Résolution manuelle :

Le flux de chaleur échangé :
Q̇ = qme *cpe *(Tce -Tcs)
Application numérique :
Q̇ = 5* 4.18*(100-55)=940.5kW
Donc le débit massique de la glycérine est déterminé à partir :
Q̇ = qmg *cp,g *(Tfs -Tfe)
D’où le débit massique de la glycérine est donné par :
Q̇
qmg= cp,g ∗(Tfs −Tfe)

940.5
Application numérique : qmg= 2.48∗(55−15) = 9.45kg/s

qmg= 9.45kg/s

12
Déterminons maintenant la différence logarithmique de température et le facteur de
correction :
T1 − T2 45 − 40
Tlm,CF = = = 42.5 C
ln( T1 / T2 ) ln(45 / 40)

Avec ΔT1=Tce-Tcs= 100-55= 45°C et ΔT2= Tfs- Tfe =55-15= 40°C

𝑡𝑠 − 𝑡𝑒 55 − 100
𝑃= = = 0.53
𝑇𝑒 − 𝑡𝑒 15 − 100
𝑇𝑒 − 𝑇𝑠 15 − 55
𝑅= = = 0.89
𝑡𝑠 − 𝑡𝑒 55 − 100
Dans ce problème le fluide qui est coté tube est l’eau et le fluide coté calendre est la glycérine
d’où à partir de l’abaque de la figure 34 on a F=0.77
En effet l’aire d’e=échange est donnée par la relation suivante :
A=nπDL avec n est le nombre de tubes
D est le diamètre de tubes
L est la longueur des tubes
A= 10*π*0.015*2= 0.94m2
Calcul de coefficient d’échange global :

𝑄̇ = 𝑈𝐴𝑠 𝐹𝛥𝑇𝑙𝑚,𝐶𝐹
𝑄̇
𝑈=𝐴
𝑠 𝐹𝛥𝑇𝑙𝑚,𝐶𝐹

Application numérique :
940.5
U=0.94∗0.77∗42.5 = 30.6kW/m2.°C

U=30.6kW/m2°C

3.3. Résolution avec ASPEN HYSYS :

3.3.1. Etapes de la résolution :
• On introduit les composés à utiliser :

Figure 14: Choix des composés

13
• Ensuite on choisit le modèle thermodynamique qui est dans notre cas « NRTL »

Figure 15: Choix du modèle thermodynamique

• Maintenant on caractérise le fluide dans l’entrée des tubes et dans l’entrée du

calandre

Figure 16:Caractérsitques du fluide à l'entrée des tubes

14
 Figure 17:Caractéristiques du fluide à l'entrée du calandre

• A la fin on obtient le schéma de la simulation suivant :

Figure 18: Schéma de la simulation

3.3.2. Résultats :
On obtient les résultats suivants :

15
 Figure 19:Résultats affichés par ASPEN HYSYS

3.4. Comparaison des résultats :

Tableau 5:Comparaison des résultats obtenus

Résolution théorique Résolution avec ASPEN

HYSYS
Débit massique de la 9.45 9.13
glycérine en kg/s

Coefficient d’échange global 30.6 29.4

en kW/m2.°C

3.5. Commentaire :
Les résultats obtenus théoriquement sont presque égaux à celle obtenus par HYSYS.

4. Conclusion :
Un problème d’étude d’un échangeur de chaleur est rapide et efficace avec le logiciel HYSYS
puisqu’il donne des valeurs très proches aux valeurs théoriques.

16
 Problème N°3 : Etude d’une machine frigorifique

1. Introduction :
La machine frigorifique a pour rôle d'extraire de la chaleur (qu’on note Qf , >0) à la
source froide pour la refroidir d’avantage. Elle le fait tout en recevant un travail W (>0) du
milieu extérieur et en cédant une quantité de chaleur Qc (<0) à la source dite chaude.

1.1. Les composants de la machine frigorifique :

Une machine frigorifique est composée des quatre éléments notamment :
➢ Condenseur
➢ Détendeur
➢ Évaporateur
➢ Compresseur

Figure 20:Les composants d'une machine frigorifique

1.2. Principe de fonctionnement :

Le fluide frigorigène circulant dans ce circuit fermé parcourt un cycle composé de quatre
étapes. Lors de ces étapes, le fluide frigorigène va changer d'état (liquide ou vapeur) et va se
trouver à différentes pressions et températures. Les détails de ces étapes sont présentés ci-
dessous : [9]
➢ Compression :
A l’entrée du compresseur, le fluide frigorigène est à l’état vapeur et à basse pression.
Le compresseur comprime le fluide frigorigène (à l’état vapeur) pour augmenter sa
pression et sa température.

17
 De plus, il permet de faire circuler le fluide frigorigène dans le circuit fermé.
A la sortie du compresseur, le fluide frigorigène est à l’état vapeur et à haute pression.
➢ Condensation :
A l’entrée du condenseur, le fluide frigorigène est à l’état vapeur et à haute pression.
En passant dans le condenseur, le fluide frigorigène (à haute température) cède son énergie
thermique. De ce fait, le fluide frigorigène se condense et passe à l’état liquide.
A la sortie du condenseur, le fluide frigorigène est à l’état liquide et à haute pression.[9]
➢ Détente :
A l’entrée du détendeur, le fluide frigorigène est à l’état liquide et à haute pression.
Lorsque le fluide frigorigène traverse le détendeur, sa pression ainsi que sa
température diminuent.
Le détendeur permet également de régler le débit de fluide frigorigène parcourant
le circuit fermé.
A la sortie du détendeur, le fluide frigorigène est à l’état liquide et à basse pression.
➢ Evaporation :
A l’entrée de l’évaporateur, le fluide frigorigène est à l’état liquide et à basse pression.
A la sortie de l’évaporateur, le fluide frigorigène est à l’état vapeur et à basse pression.

Figure 21:Schéma de principe de fonctionnement d'une machine frigorifique

18
 Figure 22:Le cycle frigorifique dans le diagramme de Mollier

L'écart dans ce diagramme est important. Comme on peut observer, températures et

pressions sont intimement liées et un delta t élevé entrainera un plus grand écart HP-BP. On
constate que, pour faire passer le fluide de basse pression à haute pression, le compresseur
devra fournir un travail mécanique important par rapport à la puissance thermique
globale.[10]

1.3. Les performances d’une machine frigorifique :

Nous rappelons qu’avec les hypothèses que la compression est adiabatique et que la
circulation du fluide dans les tuyauteries ne donne lieu ni à une perte de charge ni à
une perte de chaleur, les performances de la machine frigorifique sont :

La production frigorifique :

Qf= h1-h4
Le coefficient de performance frigorifique COPf qui est le rapport de la puissance
frigorifique 𝑄̇𝑓 sur la puissance mécanique consommé 𝑊̇ :
ℎ −ℎ
COPf=ℎ 1 −ℎ4
2𝑠 1

Si la compression n’est pas adiabatique la puissance du compresseur sera noté

𝑤𝑖𝑠
Wréel tel que 𝜂𝑠 = 𝑤 donc le coefficient de performance est donné par :
𝛤𝑒𝑒𝑙

ℎ1 −ℎ4
COPf= ℎ2 −ℎ1

2. Présentation du problème : (exemple 10.3)

On considère un réfrigérateur fonctionnant au R134a. Le fluide sous forme de vapeur saturé
entre le compresseur à une température de -10°C et sort du condenseur à l’état liquide à

19
une température égale à 30°C. Le fluide circule avec un débit massique est égal à 0.08kg/s et
le compresseur a une efficacité est égale à 80%.[11]
Travail demandé :
On se propose de :
Calculer la puissance du compresseur
Calculer le coefficient de performance COP de la machine frigorifique

Figure 23:Diagramme T-S du cycle frigorifique de R134a

3. Résolution du problème :
3.1. Résolution manuelle :
Afin de déterminer le coefficient de performance on doit faire la lecture graphique des
valeurs des enthalpies à partir le diagramme de Mollier.[12]

20
 Figure 24:Diagramme de Mollier de R134a

D’après l’énoncé du problème on a :

Le fluide entre dans le compresseur à T1= -10°C et sort du compresseur à une pression égale
à 9 bar et il quitte le condenseur à T3= 30°C
Pour calculer la puissance du compresseur on va déterminer l’enthalpie du point 2 (Sortie du
compresseur) qui est calculé à partir la relation suivante :
𝑊𝑖𝑠 ℎ2𝑠 −ℎ1
ɳc = 𝑊𝑟é𝑒𝑙 = avec h2s est la valeur de l’enthalpie de sortie du compresseur si la
ℎ2 −ℎ1
compression était isentropique.
ℎ2𝑆̅ ℎ1
Par lecture h2s=272.39 kJ/kg et h1=241.35KJ/kg .D’ou h2= + ℎ1
𝜂𝐶

Application numérique :
272.39−241.35
h2= +241.35= 280.15kJ/kg
0.8

Donc la puissance mécanique du compresseur est donnée par :

𝑊̇ =𝑚̇ ∗(h2-h1) = 0.08*(280.15-241.35)=3.1 Kw

𝑊̇ =3.1kW
Le coefficient de performance est donné par la relation suivante
𝑄 ℎ −ℎ
COP=𝑤𝑓 =ℎ1 −ℎ4
𝐶 2 1

Par lecture h4=h3=91.49KJ/kg

241.35−91.49
D’où COP= 280.15−241.35 =3.86

COP=3.86

21
 3.2. Résolution avec HYSYS :
3.2.1. Etapes de la résolution :
On choisit le fluide frigorigène à utiliser

Figure 25:Choix du fluide frigorigène

Ensuite on introduit le modèle thermodynamique

Figure 26:Choix du modèle thermodynamique

On ajoute le compresseur

22
 Figure 27:Ajout du compresseur

Ensuite on caractérise le fluide à l’entrée et à la sortie du compresseur

Figure 28:Caractérisation du fluide

Maintenant, on ajoute e condenseur et on caractérise le fluide à la sortie du condenseur

23
 Figure 29:Ajout du condenseur

Figure 30:Carctérisation du fluide à la sortie du condenseur

Enfin on ajoute le détendeur et l’évaporateur

24
 Figure 31:Ajout du détendeur et de l'évaporateur

3.2.2. Résultats de la simulation HYSYS :

On obtient le schéma de la simulation suivant :

Figure 32:Schéma du cycle frigorifique

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Et les résultats obtenus sont les suivants :

Figure 33:Résultats obtenus par HYSYS

3.3. Comparaison des résultats :

Tableau 6:Comparaison des résultats obtenus

Résolution manuelle Résolution avec HYSYS

Puissance du 3.1 3,15935

compresseur(KW)
COP 3.86 3,863

Les résultats obtenus par le calcul théorique sont presque égaux à celle égaux à celle trouvés
par HYSYS.
L’erreur qui peut parvenir à partir la lecture de diagramme peut être remarquable.

4. Conclusion :
L’utilisation de HYSYS pour la détermination de l’efficacité d’une machine frigorifique est
très rapide que le calcul manuel en trouvant des valeurs proches.

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 Conclusion générale :
Ce Projet Personnel Professionnel a été structuré en trois parties. Dans la première partie,
nous avons dimensionner un compresseur du gaz.
Dans la deuxième, nous avons étudié un échangeur de chaleur. Et finalement nous avons fait
l’étude d’une machine frigorifique à compression. Ce travail a montré que la résolution des
problèmes en génie chimique avec des méthodes numériques tel que Aspen HYSYS donne
des résultats précis et en moins du temps que le calcul manuel.

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Références bibliographiques :
[1] https://fr.wikipedia.org/wiki/Compresseur_m%C3%A9canique
[2] 293535261-Computer-Methods-in-Chemical-Engineering-Nayef-Ghasem-CRC-2012
[3] https://uel.unisciel.fr/chimie/strucmic/strucmic_ch10/co/sevaluer_ch10_02_6.html
[4] https://direns.mines-paristech.fr/Sites/Thopt/fr/res/ComprVolum.pdf
[5] Heat Chap13-054.docx
[6] http://tonepi.com/systemes-energetiques/difference-de-temperature-logarithmique-
moyenne-entre-les-deux-fluides-dtlm.html , consulté le 13/6/2021
[7] http://processs.free.fr/Pages/VersionWeb.php?page=4552 , consulté le 13/6/2021
[8] les propriétés thermodynamiques disponible sur http://www4.ac-nancy-
metz.fr/physique/ancien_site/divers/liq-prop/Liq-prop.htm , consulté le 13/05/2021
[9]https://www.ef4.be/fr/pompes-a-chaleur/technique-generalites/principe-de-
fonctionnement.html ,consulté le 11/6/2021
[10] https://www.ef4.be/fr/pompes-a-chaleur/technique-generalites/cycle.html , consulté le
12/6/2021
[11] Fundamentals-of-Engineering-Thermodynamics.pdf
[12] https://www.abcclim.net/diagramme-mollier.html

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Annexe:

Figure 34:Abaque de détermination du facteur de correction

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