MODELISATION DE LA MATIERE AVEC L'EQUATION SAFT POUR LA PREDICTION DES PROPRIETES THERMODYNAMIQUES DES FLUIDES COMPLEXES A TRAVERS SIMULIS THERMODYNAMICS

Vincent Gerbaud

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et de l'Environnement JURY M. GERBAUD Vincent - Directeur de thèse M. DE-HEMPTINNE Jean Charles - Rapporteur M. JAUBERT Jean Nöel - Rapporteur M. JOULIA Xavier - Examinateur Mme VEGA Lourdes - Examinateur M. BAUDOUIN Olivier - Examinateur Ecole doctorale : MEGEP Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique, UMR CNRS 5503 Directeur(s) de Thèse : GERBAUD Vincent Rapporteurs : DE-HEMPTINNE Jean Charles et JAUBERT Jean-Noël Présentée et soutenue par BELKADI Abdelkrim Le 30 septembre 2008 Titre : MODELISATION DE LA MATIERE AVEC L'EQUATION SAFT POUR LA PREDICTION DES PROPRIETES THERMODYNAMIQUES DES FLUIDES COMPLEXES A TRAVERS SIMULIS THERMODYNAMICS

• système réactif


• no2


• saft parameters


• approche saft


• thermodynamic property


• mixture co2


• simulis thermodynamics


• supercritical conditions


• fraction de monomère no2 libre dans le mélange

Sujets

• Farida
• Jaubert
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Matière
• Bertrand
• Charles
• Gerbaud

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 septembre 2008
• Nombre de lectures: 74
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et de l'Environnement


Présentée et soutenue par BELKADI Abdelkrim
Le 30 septembre 2008

Titre : MODELISATION DE LA MATIERE AVEC L'EQUATION SAFT POUR LA PREDICTION
DES PROPRIETES THERMODYNAMIQUES DES FLUIDES COMPLEXES A TRAVERS SIMULIS
THERMODYNAMICS

JURY
M. GERBAUD Vincent - Directeur de thèse
M. DE-HEMPTINNE Jean Charles - Rapporteur
M. JAUBERT Jean Nöel - Rapporteur
M. JOULIA Xavier - Examinateur
Mme VEGA Lourdes - Examinateur
M. BAUDOUIN Olivier - Examinateur


Ecole doctorale : MEGEP
Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique, UMR CNRS 5503
Directeur(s) de Thèse : GERBAUD Vincent
Rapporteurs : DE-HEMPTINNE Jean Charles et JAUBERT Jean-Noël






Ce travail a été effectué au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse (CNRS, UMR 5503) sous la direction de Joël
Bertrand au sein de l’équipe Analyse Fonctionnelle des Procédés dirigé par Xavier Joulia.

C’est en premier lieu à Joël Bertrand, son directeur, que je dois exprimer ma gratitude pour m’avoir accueilli dans son
laboratoire.

Je remercie ensuite Xavier Joulia, Professeur à l’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieur en Arts Chimiques et
Technologiques, de m’avoir accueilli dans son équipe.

C’est un grand honneur pour moi de remercier le Professeur Jean-Charles DE-HEMPTINNE, de l’Institut Français du
Pétrole, d’avoir accepté de juger ce travail et d’y apporter sa touche particulière. Je remercie Monsieur Jean-Noël JAUBERT
Professeur à l’ENSIC d’avoir accepté d’être rapporteur de ce travail.

J’exprime également ma gratitude a Monsieur Olivier Baudouin, Responsable procédés à Prosim, qui a accepté de mettre sa
compétence exceptionnelle en logiciels, et celle de son équipe, à notre service tout au long de cette thèse et en faisant partie du
jury.

Je souhaite également remercier Mme Lourdes Vega Directrice de Laboratoire MatGas de Barcelone ou je dois avouer que
j’ai pris du plaisir à travailler dans le domaine de la mécanique statistique.

Que tous les membres du l’Institut des Sciences et des Matériaux de Barcelone permanents et doctorants (Fèlix, Carlemo,
Nuno, Aurelio, Alexandra, Carlos, Jordi), qui m’ont accueilli de la meilleure des manières durant un stage très enrichissant.

Mes sincères remerciements à mes collègues : Lynda, Edgar, Fahima, Ilyes, Félicie, Hicham, Mohamed, Caroline pour les
moments passés ensemble au travail et pour le soutien et l’aide qu’ils m’ont apportés tout au long de ma thèse. Je leur exprime
toute mon amitié. Je remercie également tous les permanents et doctorants du laboratoire de Génie Chimique pour l’intérêt et
l’écoute qu’ils ont portés à l’avancement de ma thèse et aux conseils donnés.

Je tiens à exprimer spécialement ma gratitude à Vincent mon Directeur de thèse, sans lui ce travail de recherche s’est achevé
dans le terme convenu et si ce manuscrit a vu le jour à temps, c’est en grande partie dû à son implication maximale, du début
à la fin, et sur tous les plans. L’avoir eu comme directeur de thèse a été l’une des clés de la réussite de ce travail.

Enfin je tiens à m’adresser à ceux que je ne remercierai jamais assez d’être simplement présents à mes côtés :

A mes parents, pour leurs encouragements et leur amour,

A ma sœur Nassima, que j’affectionne tant et dont je suis fière,

A mes frères Abdo, Hak, Djamel et Kam pour leurs soutien et amour!

A mon beau frère Hamid, et mes belles sœurs Sabira et Wassila pour leurs conseils et leurs attention

A mes adorables nièces et neveu Nounou, Imane et Yanis.




































A la mémoire de Farida

Résumé

L’émergence d’équations d’état basées sur la thermodynamique statistique telles que les équations
SAFT (Statistical Associating fluid Theory) est prometteur pour la modélisation et la simulation de
procédés mettant en jeu des fluides polaires complexes mal décrits à haute pression par les modèles
de coefficients d’activité ou par les équations d’état cubiques applicables aux constituants non
polaires.
Le premier volet de ce travail détaille l’intégration de telles équations dans l’environnement du serveur
de propriétés thermodynamiques Simulis thermodynamics de Prosim SA, qui fournit un ensemble de
fonctions de calculs d’équilibre entre phase à tout modèle capable de décrire la fugacité de chaque
phase pour une composition, pression et température donnée. Les paramètres SAFT sont directement
liés à la structure moléculaire des constituants et leur stockage dans les objets bases de données du
serveur demande des adaptations. Une validation de la procédure sur des systèmes binaires avec les
alcanes est présentée.
Le deuxième volet présente l’utilisation de l’équation soft-SAFT pour modéliser différents systèmes
polaires. Premièrement la famille des nitriles saturés (acétonitrile, propionitrile, n-butyronitrile,
isobutyronitrile, valéronitrile, hexanonitrile), avec une approche générique conduisant à des
corrélations linéaires des paramètres SAFT en fonction de la masse moléculaire. Deuxièmement, le
système réactif NO /N O et le système CO , ainsi que leur mélange dans des conditions de CO 2 2 4 2 2
supercritique, avec un traitement crossover pour la région critique. L’approche SAFT permet
d’accéder à la fraction de monomère NO libre dans le mélange, qui est le réactif de l’oxydation de la 2
cellulose dans un mélange CO – NO /N O en conditions supercritiques. 2 2 2 4

Mots clés : Equation d’état SAFT, système réactif NO / N O , CO supercritique, nitriles, région 2 2 4 2
critique, serveur Simulis Thermodynamics.

Abstract

Recent equations of state based on statistical thermodynamic like SAFT equations of states
(Statistical Associating fluid Theory) are promising for the modelling and the simulation of processes
involving complex polar fluids. Those are poorly described by classical cubic equations of states or at
high pressure by activity coefficient models.
First is presented the integration of such equations into the framework of Prosim’s Simulis
Thermodynamic property server, that offers many flash calculations routines to any model describing
the fugacity of a phase at a given composition pressure and temperature. SAFT parameters are linked
to the molecule structure and their implementation within the server databases requires some
adjustments. The integration is validated through the computation of phase equilibria with mixtures
including alcanes.
Second, the use of the soft-SAFT equation to model the various polar systems is presented. Saturated
nitriles (acetonitrile, propionitrile, n-butyronitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, hexanonitrile) are
modelled with a generic approach involving linear correlations of the SAFT parameters with the
molecular weight. NO /N O with CO mixtures are modelled from the pure compound parameters in 2 2 4 2
CO supercritical conditions. A specific crossover treatment of the critical region is used. The SAFT 2
modelling enables to evaluate the amount in the mixture of free NO monomer that is the oxydizing 2
reactant of cellulose in a mixture CO – NO /N O in supercritical conditions. 2 2 2 4

Key words: SAFT EoS, reacting system NO2 / N2O4, supercritical CO2, nitriles, critical region,
Simulis Thermodynamics.

Titre de la these en anglais

SAFT modelling for the prediction of complex fluids thermodynamic properties within SIMULIS
THERMODYNAMIC property server

Discipline : Génie des Procédés




Table des matières

Table des matières ............................................................................................................. i
Liste des figures.............................................................................................................. vii
Liste des tables ...............................................................