BatchReactor

Réduire les coûts de production, répondre aux exigences environnementales, maîtriser les risques, gagner du temps dans les phases de scale-up et dans la mise sur le marché de nouveaux produits… BatchReactor permet aux chimistes et ingénieurs procédés de s’appuyer sur un outil dédié pour répondre efficacement à de tels défis.

Dans un environnement flexible qui permet de configurer en détail le réacteur (avec le système de chauffe ou de refroidissement et de condensation lorsque nécessaire) et en s’appuyant sur des méthodes numériques robustes et efficaces, BatchReactor effectue des calculs de bilans matière – énergie et d’équilibres entre phases, et permet d’obtenir l’évolution dans le temps des différents variables opératoires de l’installation : température, concentrations, chaleur de réaction, quantité condensée, quantité et qualité de production…

BatchReactor est un logiciel qui s’avère très utile notamment pour :

• évaluer la possibilité d’effectuer une nouvelle synthèse dans un réacteur existant,
• étudier des scénarios dégradés tels que la perte du système de refroidissement,
• mettre au point une stratégie de contrôle du réacteur,
• reproduire à l’échelle pilote puis industrielle des essais obtenus sur la paillasse,
• former les opérateurs,
• quantifier les rejets (COV…),
• pérenniser la connaissance acquise sur une synthèse en archivant son modèle,
• réduire les temps de cycle, les produits hors-spec…

Configuration matérielle requise

Compatible PC à base de processeur Intel Pentium, possédant :

• Ordinateur sous Windows (7, 8, 8.1, 10, 11) ou Windows Server (2012R2, 2016, 2019, 2022)
• Processeur x86 ou x64 à 1 Ghz minimum (ou 2 vCPUs pour une machine virtuelle)
• RAM : 4 GB minimum (plus 2 GB par utilisateur simultané pour un serveur)
• Stockage : 4 GB minimum (plus espace de stockage des utilisateurs)
• Un accès internet (pour télécharger le logiciel et la licence).

Une modélisation très fidèle du réacteur et des équipements associés

La “technologie” des équipements : réacteur, échangeurs de chaleur, condenseur … peut être prise en compte avec un niveau de détail adapté aux objectifs recherchés.
Il est possible de travailler à “refroidissement” (ou “chauffe”) constant puis d’affiner le modèle en calculant rigoureusement la quantité de chaleur fournie au réacteur au cours du temps. Pour cela, un large choix de dispositifs thermiques est disponible.

Les équipements peuvent être choisis dans les bibliothèques standards ou être configurés au niveau de chacun des éléments :

– fonds de cuves : plats, hémisphériques…
– réacteurs industriels ou de laboratoire
– agitateurs : turbines, impellers…
– échangeurs immergés : serpentin…
– échangeurs à la paroi : demi-coquilles, doubles enveloppes
– échangeurs externes avec circulation
– matériaux de la paroi : acier vitrifié…
– chauffage par induction
– fluides thermiques

Le système de condensation est décrit précisément, avec la possibilité notamment de configurer la géométrie du condenseur, de représenter un ou deux étages de condensation, de sélectionner le taux de reflux ou de prendre en compte un système de contrôle de pression.

Un outil spécifique (Simulis® Technologies) permet de gérer ces éléments et de stocker les équipements standards de la société.

Si le réacteur est muni d’un condenseur, il est possible, d’imposer la condensation (partielle, totale ou sous-refroidie) mais également de calculer rigoureusement la quantité réellement condensée au cours du temps. Pour des condenseurs de type tubes/calandre, BatchReactor calcule automatiquement les coefficients d’échange.
Un éventuel décanteur pourra aussi être modélisé rigoureusement (niveau constant ou variable) et la phase refluée choisie.Les systèmes de contrôle de l’unité et de régulation (PID,…) des différents paramètres sont pris en compte par BatchReactor.

Des modèles réactionnels variés et un identificateur de cinétiques performant

Des réactions instantanées, équilibrées, réversibles ou irréversibles peuvent être décrites.
Combinées à la prise en compte des cinétiques réactionnelles (Arrhenius, Langmuir Hinshelwood …), elles confèrent à BatchReactor toute sa puissance.
S’ils ne sont pas disponibles, Simulis® Kinetics, permet d’obtenir les paramètres des lois cinétiques et/ou les chaleurs de réactions nécessaires à la modélisation à partir de mesures expérimentales obtenues en laboratoire : concentration en fonction du temps; calorimétriques (chaleurs échangées obtenues sur les réacteurs de laboratoire).
En fonction des essais disponibles, les paramètres identifiables sont automatiquement détectés : facteurs pré-exponentiels, énergies d’activation et ordres des réactions. Ces paramètres sont obtenus avec leur intervalle de confiance afin d’évaluer la pertinence du modèle.

Un package thermodynamique performant et flexible

Pour les propriétés physico-chimiques, plusieurs niveaux de modélisation sont possibles. Dans le cas d’un réacteur monophasique liquide, des propriétés globales pourront être suffisantes. Pour des systèmes multiphasiques ou une analyse plus fine, BatchReactor calcule automatiquement les propriétés physico-chimiques du milieu réactionnel au cours du temps en bénéficiant de toute la puissance du calculateur de propriétés physico-chimiques et d’équilibres entre phases de Fives ProSim, Simulis Thermodyamics :
– une base de données de propriétés pour plus de 2 300 corps purs (base DIPPR® de l’AIChE)
– toute une palette de modèles thermodynamiques pour le calcul des propriétés des mélanges et des équilibres entre phases.
– un ensemble de services : estimation de propriétés, bases de données privées, etc.

En savoir plus sur Simulis Thermodynamics.

Tester des voies alternatives et de nouvelles stratégies de production

La “recette” de fabrication est décrite comme sur l’unité industrielle : en définissant une série d’étapes opératoires. La description de scénarios complets est ainsi possible.

A chaque étape, un mode de fonctionnement différent peut être défini :
• isotherme (à température ou profil imposés) avec ou sans dispositif thermique
• adiabatique, à quantité de chaleur donnée
• à quantité de chaleur calculée en fonction des paramètres du dispositif thermique.

A chaque étape, il est possible de modifier chacun des paramètres de fonctionnement :
• les alimentations et/ou les soutirages (ouverts, fermés, débits…)
• la température, le débit du fluide thermique
• les paramètres du système d’agitation
• la politique de reflux, le dispositif de condensation, l’arrêt ou la mise en service d’un décanteur…
• les réactions chimiques…

Les étapes s’enchaînent automatiquement par la détection d’évènements définis par l’utilisateur qui peuvent être le temps écoulé, mais aussi la quantité produite, la température dans le réacteur, etc. La détection peut se faire en valeur montante ou descendante.

Une interface conviviale, des calculs rapides et des résultats facilement exploitables

L’interface graphique intuitive permet de décrire très facilement les différents paramètres de tous les modèles même les plus complexes.
Grâce à ses méthodes numériques robustes et efficaces, BatchReactor est particulièrement performant sur les cas complexes. Le logiciel effectue des calculs de bilan matière-énergie et d’équilibres entre phases et permet d’obtenir l’évolution dans le temps de toutes les variables opératoires de l’installation : concentration, température, chaleur de réaction, quantité et qualité de production…

En cours de simulation ces valeurs sont visualisées graphiquement ce qui en fait un outil particulièrement didactique. Les résultats sont directement exploitables sous forme graphique, texte, tableaux.

Exemples d’application :

• Amélioration de la sécurité du procédé notamment dans le cas de réactions très exothermiques, par la simulation de différents scénarios
• Simulation dynamique de l’emballement thermique d’un réacteur
• Analyse des impacts environnementaux de différentes configurations de production, à travers notamment l’estimation des rejets en VOC
• Réduction des coûts opérationnels par l’optimisation des conditions opératoires,
• Études de faisabilité, par exemple l’impact d’une modification de procédé sur un réacteur
• Réduction des risques d’investissement à travers la simulation au préalable des nouveaux équipements
• Étude d’un réacteur batch de séchage d’Acétate de Sodium

Voir des exemples d’application détaillés