Analyse de faisabilité, conception et simulation de la distillation réactive liquide-liquide-vapeur (application et validation expérimentale sur la production de l'acétate de N-Propyle)

Abstract

Ces travaux de thèse apportent une contribution à la problématique de la conception de procédés de distillation réactive pour les systèmes liquide-liquide-vapeur réactifs. Ce type de systèmes, bien que présentant un vaste nombre d'applications potentielles, reste très peu étudié et le champ d'investigation s'y rapportant demeure encore très large. La base préalable à tout outil d'analyse de faisabilité, de conception ou de simulation d'un tel procédé requiert la détermination rapide et consistante des équilibres chimiques et entre phases. Une alternative aux approches classiques - minimisation de l'énergie libre de Gibbs et approches orientées équations - consistant à écrire un unique jeu d'équations capable de représenter toutes les combinaisons de phases possibles est proposée. Un outil de génération et de tracé de réseaux de courbes de résidu réactif (rRCM) prenant rigoureusement en compte les équilibres liquide-liquide-vapeur réactifs (LLV) a été développé et testé sur des réactions d'estérifications en C1-C5. Une configuration faisable de production d'acétate de n-propyle par distillation réactive, bâtie sur la base d'un réseau rRCM et de travaux sur les procédés de production d'acétates, a été développée à l'aide de simulations continues ; afin de s'assurer la qualité de cette conception, l'outil de simulation s'appuie sur des données thermodynamiques, cinétiques et pilotes expérimentalesA design methodology of reactive distillation process applied to vapor-liquid-liquid mixtures is presented in this study. Only a few work has been dedicated to such systems whereas they constitute a large application area of reactive distillation ; therefore it represents a gap to fill in.Reliable and consistant computation of chemical and phase equilibria is required beforehand any feasibility assessment, design or simulation. The two most general ways to find such an equilibrium is to minimize the free Gibbs energy or to solve a specific set of equations ; a single set of equations being able to describe all physical states of the system is defined instead of these two traditional approaches, avoiding numerical problems while keeping implementation and resolution simplicity. A reactive residue curve map (rRCM) tool taking into account chemical and phase equilibria has been developed and checked for C1-C5 acetate esterifications. Finally a feasible design on the high purity n-propyl acetate production, based on the rRCM analysis and publications, has been performed confirmed by steady-state simulation runs ; the simulation tool was validated by thermodynamic, kinetic and pilot plant experiments. These experiments are presented detailed in the paper.TOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF