Étude expérimentale d’un procédé de cristallisation en émulsion huile dans eau : application au distéarate d’éthylène glycol

Experimental study of a crystallization in O/W emulsion process : application to ethylene glycol distearate

• Auteur / Autrice : Abir Khalil
• Direction : Jean-Paul Klein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 21/12/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Automatique et de Génie des Procédés (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Yves Chevalier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Charton, François Puel, Alain Rivoire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Gruy, Stéphane Veesler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technique de la production

Émulsifiants

Nucléation

Cristallisation

Mots clés libres

Génie des procédés

Cristallisation

Émulsification

Réacteur agité

Suivi in situ

Sonde optique

Milieu fondu

Nucléation primaire

Chemical engineering

Crystallization

Emulsification

Stirred reactor

In situ monitoring

Optical probe

Molten medium

Primary nucleation

Résumé

L’objectif a été d’étudier le procédé de cristallisation en émulsion d’un ingrédient cosmétique hydrophobe (EGDS) dispersé en phase aqueuse. La première étape consiste à émulsifier à chaud l’EGDS en présence d’un émulsifiant afin d’obtenir une émulsion stable huile dans eau. La cristallisation par refroidissement de l’émulsion est la seconde étape. Deux sondes optiques ont été mises au point pour permettre le suivi vidéo in situ en temps réel du procédé. A partir des séquences vidéo, la mesure de la distribution en taille des gouttes (DTG) a été faite automatiquement, celles des particules par un opérateur. La croissance des cristaux dans les gouttes a été observée au moyen d’une platine thermostatée sous microscope. Par son action sur le mécanisme de brisure la puissance spécifique d’agitation est le paramètre de premier ordre sur la DTG. La concentration en émulsifiant a un impact de second ordre sur la DTG (coalescence et stabilisation). L’emploi d’une hélice à pales minces au lieu d’une turbine Rushton est préférable (DTG étroite et polyvalence du mobile). La mesure in situ a permis de déterminer que le temps d’obtention d’une DTG stable est 3 à 4 fois supérieur aux données de la littérature. La cristallisation des gouttes est progressive, des plus grosses aux plus petites. Une goutte donne naissance à une particule dans les conditions expérimentales choisies. La fréquence de nucléation primaire a été calculée à partir de l’évolution temporelle des DTG, en supposant un mécanisme mononucléaire dans chaque goutte. Le mécanisme est hétérogène. La localisation de la nucléation primaire dans le volume de la goutte ou à sa surface interne n’a pas été possible

The aim was to study the crystallization in emulsion process of a hydrophobic cosmetic ingredient (EGDS). The emulsification of the molten EGDS in a continuous phase with the use of an emulsifier in order to obtain a stable droplet size distribution (DSD) is the first stage. The crystallization upon cooling is the second stage. Two optical probes were developed to allow the in situ video monitoring of each stage of the process in real time. From the video sequences recorded the measurement of the DSD was carried out automatically, and by an operator for the PSD. The growth of crystals in motionless droplets was observed under microscope thanks to a thermostated well. The specific power input of stirring was the main parameter acting on the reduction of DSD owing to its action on the droplet break-up mechanism. The surfactant concentration was a parameter of secondary relevance on the DSD (coalescence and stability). The use of a flat blade propeller instead of a Rushton turbine was preferable for the production of a narrower DSD. Finally the time required to reach equilibrium was found higher by a factor of 3-4 than predicted in the literature. It was shown that the droplets crystallized very progressively during cooling, from the biggest to the smallest droplets. With the experimental conditions, one drop gave birth to one particle. The primary nucleation rate was obtained from the analysis of the temporal evolution of the DSD with the hypothesis of a mononuclear mechanism in each droplet. The nature of the mechanism seems to be heterogeneous. Nevertheless its localization in the droplet volume or at the inner interfacial surface was not possible