Thèse soutenue

Production des huiles végétales carbonatées : de la modélisation cinétique à une approche structure-réactivité

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Xiaoshuang Cai
Direction : Sébastien Leveneur
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance le 12/03/2019
Etablissement(s) : Normandie
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
Laboratoire : Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....)
Jury : Président / Présidente : Françoise Maugé
Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Leveneur, Michel Cabassud, Jean-Marc Commenge, Damien Hudebine, Valeria Casson Moreno
Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Cabassud, Jean-Marc Commenge

Résumé

FR  |  
EN

La valorisation de la biomasse et du dioxyde de carbone est à présent considérée comme une solution aux problèmes environnementaux du réchauffement climatique et l'épuisement des réserves de pétrole. Ainsi, les huiles végétales ont attiré l'attention croissante des milieux universitaires et industriels, comme une source de biomasse potentielle renouvelable qui peut être appliquée à la production de substitut fossile pour un développement durable, due à leurs caractères renouvelables, durables, biodégradables. De plus, cette biomasse est disponible avec une énorme quantité. Durant des décennies de recherches, les processus d'époxydation et de carbonatation sont deux méthodes d'application populaires pour la valorisation des huiles végétales. La conversion des huiles végétales en huiles époxydées est définie par une conversion d'un composé insaturé en un groupe époxyde. Jusqu'ici, l'oxydation de Prileschajew est la méthode de synthèse plus efficace pour la possible industrialisation du processus d'époxydation de huiles végétales, qui est une manière conventionnelle bien connue à utiliser comme processus de production commerciale. Ce type d'époxydation utilise l'acide percarboxylique comme transporteur d'oxygène qui est formé in situ dans la phase aqueuse, et ensuite époxyde les groupes insaturés des huiles végétales en groupes époxyde. Cependant, cette méthode présente une réaction secondaire d'ouverture du cycle du groupe époxyde au cours du processus. Donc, les conditions du procédé d'époxydation doivent être optimisées afin de minimiser les réactions d'ouverture de cycle. Des paramètres de réaction, y compris la concentration en catalyseur acide (acide sulfurique), réactifs (eau, groupe époxyde, peroxyde d'hydrogène, acide acétique) et la température de réaction, ont été discutés dans cette étude pour l'époxydation et réaction d'ouverture de cycle des huiles végétales. Au cours de la modélisation cinétique, les constantes cinétiques associées pour les réactions d'ouverture du cycle ont été estimées. En se basant sur ce modèle, les réactions d'ouverture du cycle époxyde par les acides acétique et peracétique sont plus rapides que celles de l'eau et du peroxyde d'hydrogène. Un réacteur en mode semi-fermé, avec addition du peroxyde d'hydrogène et de l'acide sulfurique, est la configuration la plus appropriée pour la production d'huiles végétales époxydées. Pour déterminer les conditions optimales et passer à échelle industrielle dans les procédés d'époxydation et de la carbonation, il faut connaître différentes propriétés physicochimiques telles que la viscosité, la densité, l'indice de réfraction, la capacité thermique spécifique et les évolutions de ces données avec la température. Cependant, aucune information sur ces propriétés est disponible dans la littérature. Pour cette étude, l'évolution de ces propriétés ont été déterminées pour trois huiles végétales et leurs dérivés époxydées et carbonates (l'huile de coton, l'huile de lin et l'huile de soja) avec la température et leur composition. La densité et l'indice de réfraction ont été trouvé linéairement dépendant de la température pour les huiles étudiées. La relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement dans l’étude de viscosité, indique que ces huiles sont des fluides newtoniens. Il a été démontré que la capacité thermique spécifique suit une équation polynomiale du second ordre avec la température. Sur la base de ces résultats, il a été démontré que certaines corrélations pourraient être utilisées pour prédire les évolutions de ces propriétés physicochimiques à différentes compositions et températures...