Modélisation des équilibres de phases liquide-liquide et liquide-vapeur des mélanges contenant de l'eau, des alcools et des hydrocarbures

Modeling phases equilibria liquid-liquid and liquid-vapor mixture containing water, alcohols and hydrocarbons

• Auteur / Autrice : Moustafa Mourah
• Direction : Jean-François Bocquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Associations moléculaires

Molécules polaires

Équations d'état

Loi des phases et équilibre

Résumé

Le sujet de cette thèse concerne la modélisation thermodynamique ‘prédictive’ des équilibres de phases liquide-liquide et liquide-vapeur de systèmes contenant du méthanol, de l'éthanol et/ou de l'eau (molécules polaires et associatives). Le modèle utilisé se base sur une version de l’équation d’état théorique SAFT, combinée à une méthode de contribution de groupe. Cette méthode a été étendue aux composés polaires par Nguyen-Huynh (GC-PPC-SAFT). Dans le cadre de nos travaux, nous avons appliqué une méthode de contribution de groupes développée par Tamouza, avec une méthode prédictive pour évaluer les paramètres d'interaction binaire (basée sur la théorie de London). Après avoir déterminé les paramètres spécifiques de ces composés, ceux-ci ont été étudiés en mélange, en mettant l'accent sur les équilibres liquide-liquide observés en présence d’hydrocarbures. Les paramètres d'interaction binaires ont un effet très important sur ces équilibres, mais peuvent être calculés de manière prédictive. Cette approche ne dégrade que très légèrement la qualité des équilibres liquidevapeur. La description des mélanges de composés polaires et associatifs nécessite une étude du phénomène d'association croisée (eau + alcool). Finalement, nous avons testé la qualité de notre modèle GC-PPC-SAFT sur des systèmes ternaires et les résultats obtenus sont prometteurs dans le but de développer un modèle qui soit le plus prédictif possible. Mots clés: Equilibres de phases liquide-liquide, équation d’état, GC-PPC-SAFT, méthanol, éthanol, eau, simulation moléculaire, associations croisées.

This dissertation studies a ‘predictive’ thermodynamic modeling of liquid-liquid and/or liquid-vapor phase equilibria of mixtures containing methanol, ethanol and/or water (polar and associative compounds). The model used is based on a SAFT equation of state combined with a group contribution method. Nguyen-Huynh (GC-PPC-SAFT) has extended this method to polar compounds. In this study, we have applied a group contribution method proposed by Tamouza, with a predictive method to estimate the binary interaction parameter (based on the London theory). Specific parameters of these compounds have been determinated using fundamentally the liquid-liquid phase equilibria data with hydrocarbons. The binary interaction parameters have very important effect on the representation of this phase equilibria. Nevertheless, it is possible to calculate this parameter with a predictive method. This approach weakly degrades the quality of the liquid-vapor phase equilibria. The description of the mixtures containing polar and associative compounds requires to study the cross-associating effect. Finally, we tested the performance of the model GC-PPC-SAFT on ternary systems. The results can be considered promising towards a fully predictive model development.