Experimental thermodynamic measurements of biofuel-related associating compounds and modeling using the PC-SAFT equation of state

par Chien-Bin Soo

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Dominique Richon et de Deresh Ramjugernath.

Soutenue en 2011

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    Mesures expérimentales "thermodynamiques" de composés associatifs dans les mélanges de biocarburants et modélisation avec l'équation d'état PC-SAFT


  • Résumé

    Le rôle croissant des biocarburants dans le marché de l'énergie a stimulé un regain d'intérêt dans l'étude des composés oxygénés. Les avancés dans le domaine des biocarburants proviennent de l'acquisition de données éxperimentales fiables, et du développement de modèles thermodynamiques qui rendent compte des phénomènes associatifs. Les mesures des constituants des biocarburants montrent souvent la coexistantes de phases multiples dont les interactions complexes ne se conforment que rarement aux méthodes conventionnels de modélisation. L'objectif de ce travail est de résoudre cette équation soumis à deux aspects distincts par deux sections. La première section présente des dispositifs experimentaux permettant de mesurer de certaines propriétés thermo-physiques, incluant des équilibres liquide-vapeur à haute et basse pressions, des points critiques, et dans une moindre mesure des enthalpies d'excès. Les appareillages sont validés en fournissant des mesures représentative d'autres données de la littérature existantes. De nouvelles mesures ont été réalisées pour des mélanges associés aux biocarburants contienent des alcools et des acides. Une légère modification des procédures usuelles de mesure des points critiques laisse paraître des résultats prometteurs. La deuxième section aborde de la modélisation de systèmes de biocarburants, comprenant entre autres les données mesurées dans la première section. Les mélanges contenant des groupements hydroxyles et/ou carbonyles comptent au moins un type d'interaction moléculaire mal représentés par les précédentes approches du mean field. Dans ce travail, nous utilisons les pleines capacités de l'équation d'état PC-SAFT basé sur des paramètres physique, et concevons au cas par cas des stratégies qui permettent de pallier aux problèmes dus aux nombreuses non-idéalités issues de ces systèmes. L'équation PC-SAFT couplée avec la théorie de groupe de renormalisation de White est appliquée pour modéliser la région critique. Cette forme améliorée à été testée avec des données experimentales critiques issues de ce travail, et emmène à des observations positives.


  • Résumé

    The increasing role of biofuels in the energy market has stimulated a renewed interest in the study of oxygenated compounds. Biofuel research can be regarded as an interplay between the acquisition of reliable experimental data, and the application of associating thermodynamic models. Measurements of biofuel constituents often involve multiple coexisting phases, and complex interactions that rarely conform to conventional means of modeling. The aim of the thesis is to address this seemingly two-part conundrum via two sections. The first section presents experimental apparatus for the measurement of selected thermo-physical properties, including high and low pressure vapour-liquid equilibria, critical points, and to a lesser extent excess enthalpies. The equipment are validated through good agreement with existing literature data. New measurements were performed for biofuel-related mixtures containing alcohols and acids. The measurement of critical points, in particular, introduces a slight modification to commonly documented procedures, with promising results. The second section deals with the modeling of biofuel systems, including but not limited to the measured data of the first part. Mixtures containing hydroxyl and/or carbonyl groups exhibit at least one type of molecular interaction poorly modeled by previous mean field approaches. In this work we harvest the full capabilities of the physically-based PC-SAFT equation of state, devising in each case strategies for tackling different non-idealities present in the systems. The PC-SAFT coupled with White's renormalization group theory is applied to modeling of the critical region. This improved form of the model was tested with experimental critical data performed in this work, with positive observations.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (288 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 205-222

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.634 CCL TH 1316
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.633 CCL TH 1316
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