La surface spécifique et la méso/micro-porosité d’un solide (poudre ou massif) sont des caractéristiques intéressantes et fondamentales pour la qualification d’un matériau, que ce soit en contrôle de production ou en développement de nouveaux produits.
Le principe de ces caractérisations repose sur des mesures par adsorption de gaz (azote, argon, krypton, CO2) à température régulée. Elles permettent de déterminer la surface spécifique ainsi que la distribution de taille de pores de l’échantillon.
Nous sommes en mesure de réaliser ce type de caractérisation pour des matériaux mésoporeux (diamètre des pores compris entre 2 et 50 nm) ou microporeux (diamètre des pores compris entre 3,5 et 20 Angström).
Il peut également être intéressant de compléter la caractérisation avec de la microscopie de surfaces (surface de l’ordre du cm² jusqu’au µm²). Outre une image de la surface et donc de la morphologie de l’objet observé, la microscopie couplée à la spectroscopie par Energie Dispersive de rayons X (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) permet l’obtention une analyse quantitative des éléments composant la surface d’un échantillon ainsi qu’une cartographie présentant la distribution de ces éléments.
L’équipe PROCESSlab a pour objectif de favoriser et développer l’innovation pour les acteurs de l’industrie, en testant, évaluant, élaborant des procédés innovants, des solutions de traitement et des outils ou méthodes.
Les prestations de recherche proposées s’adressent ainsi aux entreprises à la recherche de compétences dans le domaine du génie des procédés.
La particularité de ce dispositif de R&D est de s’appuyer sur les expertises et les équipements des laboratoires situés sur le site de l’ENSIC (Nancy), que sont le LRGP (Laboratoire Réaction et Génie des Procédés) et le LCPM (Laboratoire Chimie Physique Macromoléculaire).
Les prestations sont ainsi assurées par une équipe projet constituée d’ingénieurs de la structure et de chercheurs des laboratoires partenaires spécialistes du domaine, qui élaborent les propositions (objectifs de l’étude, coût, délai) et réalisent les études sur mesure.
La nature et le contenu de la collaboration sont ainsi définies en fonction du besoin de chaque industriel, et peut revêtir différentes formes : de l’étude bibliographique à la réalisation d’essais expérimentaux en passant par la modélisation/simulation.
Tous nos échanges sont sous couvert de confidentialité. La signature d’un accord de confidentialité vous sera proposée au préalable des échanges.
Nous disposons des compétences nécessaires pour la réalisation de mesures de risques dans le domaine de la sécurité industrielle :
- Explosion poudres / poussières (normes ISO 6184-1 et EN 14034-3)
- Inflammation de mélanges (normes CEI 1241-2-1 et NF EN 13821)
- Résistivité des poudres
- Sûreté des procédés
- Tube de Hartmann
Le second champ de compétences regroupe le traitement de l’eau, des effluents et la valorisation des déchets et sous-produits :
- Micropolluants, traitements biologiques
- Traitements électrochimiques et photochimiques
- Procédés hydrométallurgiques
Nous disposons de compétences dans le domaine des procédés de séparation. Nous pouvons vous apportez notre expertise dans l’étude des techniques suivantes :
- Absorption
- Extraction liquide-liquide
- Adsorption/désorption
- Filtration des aérosols / dépoussiérage
- Procédés membranaires
- Procédés gravitaires
- Extraction en milieu CO2 supercritique
En fonction de vos besoins, les études menées pourront s’intéresser à la compréhension des différents processus de séparation, à la modélisation, à la simulation, ou à l’optimisation d’un procédé.
Nous disposons de compétences dans le domaine des bioprocédés appliqués aux secteurs de la santé, de l’alimentation et de l’environnement.
Les thématiques sont majoritairement tournées vers les enjeux sociétaux tels que les biotechnologies blanches (intrants chimiques par fermentation, molécules fonctionnalisées, bio raffinerie protéique), les procédés membranaires (séparation de mélanges complexes de biomolécules), les capteurs (suivi en temps réel de bioprocédés), l’ingénierie génomique (catalyseurs vivants devant répondre aux contraintes du procédé), les technologies pour l’imagerie du vivant et le traitement du cancer (nanoparticules fonctionnalisées), la production de molécules à usage thérapeutique (cellules animales), l’ingénierie cellulaire et tissulaire (expansion de cellules souches).
Ces compétences s’appuient sur des équipements variés :
- Mini-bioréacteurs de culture de cellules animales
- Fermenteurs contrôlés
- Microscope avec analyseur d’images en ligne
- Chromatographie préparative basse pression
- Chromatographie liquide et électrophorèse capillaire couplée à la spectrométrie
Nous disposons de compétences dans les domaines de l’énergie :
- Pyrolyse et de gazéification de la biomasse
- Piles à combustible fonctionnant à l’hydrogène
- Cinétiques de combustion et vitesses d’inflammation de molécules organiques entrant dans la composition des carburants (développement de modèles et mesures expérimentales)
- Pyrolyse et oxydation de composés hydrocarbonés en phase gazeuse ou supercritique
Notre expertise en thermodynamique est à la fois théorique et expérimentale :
- Etude des équilibres de phase (Liquide/Liquide, Liquide/Vapeur, …)
- Développement de modèle thermodynamique pour prédire ces équilibres (PPR78, PR2SRK, GC-SRK)
- Etude et conception de liquide ionique
- Thermodynamique des fluides pétroliers paraffiniques et étude des mécanismes de cristallisation des paraffines
Nous disposons de compétences dans le domaine des procédés d’élaboration de produits et de matériaux possédant des propriétés spécifiques. Cette activité recouvre une grande variété de procédés allant de l’extrusion réactive à l’émulsification en passant par la cristallisation et la précipitation. Les produits finaux peuvent être des polymères mis en forme, des poudres ou des fluides rhéologiquement complexes.
Les procédés étudiés s’appuient sur des équipements de synthèse variés :
- extrudeuse, micro-compounder
- réacteurs à lit fluidisé, à effet vortex
- rhéo-réacteurs
Ainsi que de nombreux appareils de caractérisation :
- analyse thermomécanique
- rhéomètre
- microscope
- presse Instron
- granulomètre laser
Progepi est amené, dans le cadre de nombreux projets, à réaliser des études bibliographiques, des études de veille technologique ainsi que des études technico-économiques.
- Les études bibliographiques permettent de réaliser un état de l’art concernant une thématique particulière en s’appuyant sur la littérature scientifique (articles, communications) ainsi que sur des brevets.
- La veille technologique permet de recueillir des informations afin de devancer les innovations technologiques, de suivre les évolutions techniques et de s’orienter éventuellement vers de nouvelles stratégies.
- Les études technico-économiques permettent de dégager des solutions techniques et économiques acceptables dans le cadre d’un projet précis.
Pour réaliser ces projets, nous avons à notre disposition un ensemble de bases de données scientifiques internationales (Chemical Abstract, Pascal, INPI, sites spécialisés, internet…) ainsi qu’un outil performant de recherche (SciFinder Scholar) regroupant plus de 1800 références de journaux.
Les études bibliographiques, généralement réalisées en français, peuvent être rédigées en anglais à la demande.
PROGEPI propose un large éventail d’essais expérimentaux via la mise en place de pilotes sur mesure, réalisés par l’atelier de mécanique du LRGP.
La réalisation de ces essais en laboratoire peut permettre de comprendre les phénomènes en jeu ou de tester l’influence de différents paramètres dans le but d’optimiser un procédé. Différentes échelles peuvent être étudiées.
En partenariat avec le LRGP, PROGEPI propose des prestations d’analyses et de caractérisations :
- Microscopie électronique à balayage,
- Granulométrie laser (voie sèche et voie humide)
- Mesure de densité vraie par pycnomètre à hélium (cellule 10 ou 100 cm3)
- Surface spécifique par méthode BET
- Mesure d’EMI, TMI et sévérité d’explosion (Kst, Pmax, et DP/Dt)
- Mesure de la vitesse de chutes des particules
- Etablissement de courbes d’écoulement
- Mesures d’équilibres thermodynamiques (plus d’infos)
- Mesures des coefficients de perméabilité, solubilité et diffusivité de matériau polymère (film)
Simulation numérique des écoulements
L’intérêt de la CFD (Computational Fluid Dynamics) est de pouvoir prédire le comportement hydrodynamique d’une phase ou d’un mélange diphasique liquide / gaz dans un système dont la géométrie est définie. Ceci permet ensuite d’évaluer les performances d’un équipement, d’en optimiser la géométrie, et d’accompagner leur dimensionnement lors de phase de changement d’échelle.
PROGEPI dispose d’outils informatiques (logiciels Fluent, Comsol) pour vous accompagner dans votre démarche de développement d’un nouveau procédé, ou bien pour répondre à vos besoins d’optimisation / d’intensification d’un procédé existant.
FLUENT
Depuis plus de vingt ans, Fluent est le leader dans le développement de logiciels CFD (Computationel Fluid Dynamic).
Sa force vient du très grand nombre de modèles disponibles, pouvant faire face à de très nombreux aspects de la mécanique des fluides : écoulement diphasique (miscible, non miscible, cavitation, solidification, turbulence (LES, KE, KW, SA, Reynolds Stress, …)), combustion (pré-mélangée et non pré-mélangée), transport de particules, écoulement en milieux poreux, maillages mobiles et dynamiques avec reconstruction du maillage…
COMSOL et le module optionnel « Chemical Engineering »
Le point fort de ce logiciel repose sur l’étendue de son champ d’application : la simulation multiphysique assurant le couplage entre les lois physiques des écoulements et celles de la mécanique des structures, ainsi que les lois de l’électromagnétisme.
Le champ d’application couvert est donc extrêmement vaste et s’étend du microscopique au macroscopique.
Modélisation de procédés
La modélisation de procédés permet d’une part d’améliorer l’efficacité et la rentabilité d’un procédé existant et d’autre part de concevoir et de simuler de nouvelles unités de production. Plusieurs logiciels commerciaux permettent de concevoir, d’optimiser et de suivre les performances de la majorité des procédés industriels existants dans les secteurs suivants :
- chimie organique et minérale allant de la chimie lourde à la chimie fine
- pétrochimie et carbochimie
- liquéfaction/ gazéification du charbon
- agro-alimentaire
- traitement des minéraux
- biotechnologie
PROGEPI travaille avec les logiciels de modélisation de procédés comme ASPEN plus®, PRO/II®, Gproms®, PROSIM®.
Nous disposons également de compétences pour développer en interne et spécifiquement (code FORTRAN, MATLAB, principalement) des modèles représentatifs de vos procédés, soit dans des versions standalone, soit dans des versions compatibles avec les logiciels de PSE (Process Engineering Software) : développement de module CAPEOPEN ou de module dédié à un environnement spécifique).
Nous proposons des prestations pour caractériser vos procédés que ce soit au niveau technique et économique ou environnemental.
- L’analyse technico-économique permet d’étudier la faisabilité de votre procédé et d’estimer les coûts liés à sa mise en œuvre (construction, consommation énergétique, coût des matières premières, …).
- L’Analyse de Cycle de Vie (ACV) est une méthodologie régie par la série des normes ISO 14040 et ISO 14044 qui permet de quantifier les impacts environnementaux générés par un système (produit, procédé, service) sur l’ensemble de son cycle de vie, c’est-à-dire de l’extraction des matières premières qui ont permis de le mettre en œuvre jusqu’à sa fin de vie (mise en décharge, recyclage…).
Les objectifs d’une ACV sont multiples :
- Mieux connaître un système existant d’un point de vue environnemental pour cibler les améliorations les plus pertinentes qui peuvent être apportées.
A savoir que l’amélioration du bilan environnemental d’un système peut également conduire à des améliorations de types économique et social,
- Apporter une aide à la décision lors de la conception d’un nouveau produit ou procédé,
- Communiquer de façon crédible,
- Anticiper les réglementations à venir en termes d’éco-conception.
Les Analyses du Cycle de Vie sont réalisées avec le logiciel SimaPro® .
Pour la réalisation de ses études, Progepi dispose de trois outils destinés à la conception ou à la compréhension de procédés. Afin de réaliser vos études en interne, Progepi commercialise les logiciels Cyclone et DTS Pro.
Dimensionnement de séparateur cyclonique gaz-solide
Modélisation des écoulements solide, liquide et gazeux en continu par la méthode des distributions de temps de séjour
Dimensionnement de séparateur membranaire (perméation gazeuse) pour mélange gazeux
Fondée sur l’effet de rotation et la force de gravité, la séparation cyclonique est une méthode permettant de séparer les particules d’un flux d’air ou de gaz. Les cyclones sont les principaux types de séparateur gaz-solide utilisés en industrie à cause de leur facilité de construction, faible coût et capacité à fonctionner à haute température et pression.
Le logiciel Cyclone calcule l’efficacité d’un cyclone pour une géométrie donnée ou bien détermine la géométrie d’une efficacité souhaitée. Les résultats de la simulation ainsi que les dimensions du cyclone sont directement accessibles une fois les calculs terminés.
L’utilisateur accède à l’efficacité de séparation pour chaque taille de particules indiquée dans le logiciel Cyclone.
N’hésitez pas à télécharger la Plaquette 2019 du logiciel Cyclone 2.0 .
Modèles de calcul
Le logiciel intègre plusieurs modèles pour effectuer les calculs :
- Bart
- Leith and Licht
- Möthes and Löffler
- Lorenz
- Muschelknautz (utilisé par défaut quand la concentration en solide > 10 g.m-3)
Combinaison de plusieurs cyclones
Dans le cas particulier d’une combinaison de plusieurs cyclone, le logiciel offre la possibilité de construire un arrangement de cyclones en série et/ou en parallèle.
Domaine de validité des modèles
En fonction des données d’entrées connues, plusieurs données peuvent être calculées à partir de deux ou trois paramètres parmi les cinq suivants :
- débit volumique (de 0.0001 à 1 000 m3.s-1)
- diamètre du cyclone (0.01 à 3 m)
- diamètre de coupure (de 0.2 à 20 µm)
- efficacité du cyclone
- perte de charge (de 10 à 10 000 KPa)[/p>
Exploitation des résultats
Pour améliorer l’exploitation des résultats, tous les résultats peuvent être exportés du logiciel par l’utilisation de la fonction copier/coller.
Le logiciel cyclone est uniquement disponible en version anglaise et fonctionne avec toutes les versions de Windows (32 et 64 bits).
Vous trouverez d’avantages d’informations sur la description des modèles ainsi que sur la validité des résultats en consultant l’article suivant .
Le concept de DTS (Distribution des Temps de Séjour) permet de décrire les écoulements à l’aide des paramètres hydrodynamiques de l’ingénieur : zones de mélange, écoulement piston, court-circuits, volumes morts, boucles de recyclage.
Le logiciel DTS Pro facilite la simulation d’écoulements avec le modèle de Distribution de Temps de Séjour. En particulier, il simplifie l’interprétation des expériences de traçage dans les réacteurs et autres systèmes à l’échelle industrielle ou à l’échelle du laboratoire.
Le logiciel utilise des modules qui sont interconnectés pour former un réseau qui a une entrée et une sortie. Le réseau contient aussi des nœuds qui connectent les différentes branches du réseau.
Noeuds
Les nœuds sont des composants du réseau pour lesquels la somme algébrique des débits est égale à 0 (excepté pour l’entrée et la sortie du réseau). Il existe six types de nœuds :
- nœud simple qui connecte les branches entre elles
- nœud d’entrée sans injection de traceur
- nœud d’injection
- nœud d’entrée avec injection de traceur
- nœud de visualisation
- nœud de sortie sans visualisation
Modules
Les 8 réacteurs élémentaires disponibles sont :
- réacteur parfaitement agité : seul, en série, en série avec volume mort, en série avec rétro-mélange
- réacteur piston : simple, avec dispersion axiale : ouvert, fermé ou semi-ouvert à la diffusion
Exemple
Comparaison d’une distribution de temps de séjour expérimentale et simulée pour un système composé d’un réacteur parfaitement agité en parallèle avec un réacteur piston lui-même en série avec un réacteur piston avec dispersion axiale ouvert à la diffusion.
- Q = 1,32 L/min (0,66 L/min in each branch)
- Perfect mixing cell : V = 0, 69 L
- Plug flow reactor : V = 2, 2 L
- Plug flow reactor with axial dispersion open to the diffusion : V = 0, 44 L – Pe = 7
Le logiciel MEMSIC permet de simuler la séparation membranaire d’un mélange gazeux multiconstituant en fonction de la pression, de la température, du débit entrant, de la nature des constituants… Il est disponible sous la forme d’un module CAPE-OPEN compatible avec les logiciels de simulation des procédés (Aspen, Hysys, Pro/II, PROSIM, …) ou sous une forme standalone. Différents modèles de perméation et d’écoulement sont proposés, ainsi que des options pour prendre en compte la perte de charge dans le module et/ou les effets thermiques.
Grâce au couplage avec les logiciels de simulation de procédé, le logiciel MEMSIC, permet l’optimisation des paramètres de fonctionnement. Il est également doté d’une base de données de coefficients de perméabilité, de plus de 5000 références.
MEMSIC a été développé par le LRGP. De par son partenariat avec le LRGP, Progepi est en mesure de d’utiliser le logiciel pour vous proposer des études de dimensionnement.
Notice du logiciel
