Développement d'outils pour le suivi et le contrôle optimal des réacteurs discontinus

Abstract

Ce travail concerne la conduite thermique d’un réacteur discontinu à double-enveloppe équipé d’un système de chauffage/refroidissement de type mono-fluide. Ce mono-fluide circule, avec un débit constant, à travers la double enveloppe. Le chauffage et le refroidissement sont assurés respectivement par un crayon chauffant et deux échangeurs de chaleur à plaques. Le contrôle de la température du mélange réactionnel est basé sur une stratégie de gestion des appareils thermiques par analyse des flux thermiques limites et la modulation de la température du mono-fluide par action soit sur la puissance de chauffe soit sur le taux d’ouverture de la vanne à trois voies qui dérive le mono-fluide vers l’échangeur. Un réacteur de 1 litre a été utilisé pour valider en simulation cette étude et parallèlement, un modèle de simulation de l’ensemble réacteur–système thermique a été développé. Nous avons étudié un type de commande avancée, la commande prédictive fonctionnelle (CPF) avec une politique de régulation en cascade. L’étude montre que l’application de l’algorithme donne de bon résultat et que la prise en compte des dynamiques des différents appareils améliore fortement la qualité de conduite. De plus, l’application à la conduite thermique d’une réaction chimique exothermique montre que la prédiction et la prise en compte du dégagement de chaleur dans le modèle permet d’améliorer les résultats obtenus. La présente étude a démontré aussi que les techniques gravimétrique et chromatographique (CPG) peuvent être appliquées pour contrôler les réactions de copolymérisation en solution dans un réacteur calorimétrique batch.