Thèse soutenue

Développement d’un dispositif expérimental original et d’un modèle prédictif pour l’étude thermodynamique des composés soufrés

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Auteur / Autrice : Fan Zhang
Direction : Christophe Coquelet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et Procédés
Date : Soutenance le 17/11/2015
Etablissement(s) : Paris, ENMP
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Thermodynamique des procédés. Fontainebleau
Jury : Président / Présidente : Guy De Weireld
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Coquelet, Josefa Fernandez, Patrice Paricaud, Elise El Ahmar, Xavier Canet
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Daridon, Pierre Cézac

Résumé

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Les composés soufrés sont répandus dans divers secteurs industriels comme la chimie. La conception et/ou l'optimisation des procédés impliquant ces composés nécessite de connaître leurs propriétés thermodynamiques (corps purs et mélanges). Etant donnée la complexité des mélanges et pour des raisons économiques, des modèles thermodynamiques « prédictifs » sont souvent privilégiés. Le développement et la validation de ces modèles nécessitent des données expérimentales. Notre étude bibliographique ciblant les sulfures (R-S-R'), les 1-mercaptans (R-SH) et leurs éventuels solvants (les n-alcanes et les 1-alcools) nous a permis de mettre en évidence un manque de données concernant ces composés. De plus nous avons également observé un manque de techniques expérimentales adaptés, et de ce fait le besoin de développer un nouveau dispositif expérimental.Au cours de cette thèse, nous avons conçu un dispositif expérimental innovant permettant la mesure des équilibres liquide-vapeur à des pressions comprises entre 0,1 et 10 bar. Ce dispositif est basé sur la méthode « statique-analytique ». Nous avons mis en place deux adaptations spécifiques aux échantillonneurs capillaires ROLSITM pour permettre l'échantillonnage à ces pressions. De nouvelles données des mélanges binaires et ternaires d'intérêt ont été ainsi mesurées.Le modèle thermodynamique prédictif choisi est PC-SAFT couplé avec une méthode de Contribution de Groupes (GC-PC-SAFT). Un terme polaire a été introduit. Le travail s'est focalisé sur l'étude de deux familles représentatives de composés soufrés : les sulfures et les 1-mercaptans. Le modèle GC-PC-SAFT a montré sa capacité de bien corréler et prédire les propriétés thermodynamiques des corps purs. L'ajustement des paramètres s'est appuyé sur les données de la littérature et celles obtenues par le nouvel équipement. Les diagrammes de phases des mélanges binaires (sulfure + n-alcane, sulfure + 1-alcool, 1-mercaptan + n-alcane et 1-mercaptan + 1-alcool) et ternaires (1-mercaptan + n-alcane + 1-alcool) ont été prédits.