Modélisation de la matière avec l'équation SAFT pour la prédiction des propriétés thermodynamiques des fluides complexes à travers simulis thermodynamics

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

• Auteur / Autrice : Abdelkrim Belkadi
• Direction : Vincent Gerbaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique

Nitriles

Équations d'état

Propriétés thermiques

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 NO2/N2O4 et le système CO2, ainsi que leur mélange dans des conditions de CO2 supercritique, avec un traitement crossover pour la région critique. L'approche SAFT permet d'accéder à la fraction de monomère NO2 libre dans le mélange, qui est le réactif de l'oxydation de la cellulose dans un mélange CO2 – NO2/N2O4 en conditions supercritiques

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. NO2/N2O4 with CO2 mixtures are modelled from the pure compound parameters in CO2 supercritical conditions. A specific crossover treatment of the critical region is used. The SAFT modelling enables to evaluate the amount in the mixture of free NO2 monomer that is the oxydizing reactant of cellulose in a mixture CO2 – NO2/N2O4 in supercritical conditions