Minimisation de l’énergie libre de Gibbs dans le cadre des simulations de procédé : l’exemple de l’extraction par solvant de l’uranium (Gibbs Energy Minimisation for Process Simulations an Example in Uranium Solvent Extraction) (en anglais seulement)

Résumé

Des études conceptuelles à la conception détaillée, la simulation des bilans massiques et énergétiques fait partie intégrante de l’élaboration des procédés métallurgiques. Pour construire une usine de transformation offrant une production maximale à des coûts de capital et d’exploitation minimaux, il faut modéliser précisément les flux et les réactions chimiques pour tous les procédés, sauf les plus simples. Pour les installations existantes, le bilan massique et énergétique est essentiel à l’optimisation des procédés en place. La modélisation permet également d’évaluer rapidement les effets des modifications proposées, avant tout achat de nouvel équipement. Habituellement, lors d’une étude technique, le bilan massique et énergétique est établi au niveau conceptuel, avec peu de détails; au cours des phases suivantes, il fait l’objet d’un examen plus poussé portant sur les aspects chimiques et les flux secondaires. Le choix des paramètres de conception (volume des réservoirs et des bassins, diamètre des conduites, matériaux de construction, puissance des moteurs, etc.) repose sur une prévision fiable des conditions dans lesquelles l’installation fonctionnera pendant toute la durée de vie de la ressource.

Comme tout modèle, celui du bilan massique et énergétique n’est jamais qu’une représentation simplifiée de la réalité. Il n’est pas nécessaire de porter la simulation du procédé à un niveau de détail supérieur à celui qu’exigent les fins visées. À titre d’exemple, les réactions chimiques qui se produisent à haute température dans un autoclave de lixiviation à l’acide sous haute pression n’ont besoin d’être modélisées que si elles sont pertinentes pour la conception de l’autoclave ou des procédés en aval. Il ne sera généralement pas utile de se pencher sur la réaction ou le mécanisme exact, du moment que les phases et les états d’oxydation successifs des éléments en jeu sont bien définis. Or, bien que cette manière de voir soit valable dans bien des cas, il est facile de l’appliquer de manière irresponsable. Au moment de la formulation des critères de conception de tel ou tel procédé, l’expérience des ingénieurs est souvent jugée suffisante pour servir de base aux paramètres de conception critiques; mais cette information peut parfois se rattacher à des procédés semblables, mais non pas identiques. Un facteur déterminant pouvant avoir des conséquences importantes sur le résultat peut alors être négligé. Il faut toujours espérer que les phases suivantes de l’étude, ainsi que les essais, viendront atténuer les risques d’erreur. Cependant, le résultat peut parfois être désastreux. Si le modèle avait été plus prédictif et moins fondé sur les cas précédents, les concepteurs auraient se seraient peut être rendu compte dès le départ qu’une analyse plus poussée s’imposait.