Intensification de procédés d'époxydation de l'huile végétale en millieu micellaire par calorimétrie réactionnelle

Intensification of vegetable oil epoxidation processes in micellar medium by reaction calorimetry

• Auteur / Autrice : Michael Jabbour
• Direction : Nordine Mouhab
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• 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 : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Havet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Benhabib, Laurent Balland, Imed Ben Talouba, Aïssa Ould Dris
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Karim Benhabib

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Micelles

Mesures de sécurité

Procédés chimiques

Calorimétrie

Catalyse par transfert de phase

Époxydation

Mots clés libres

Époxydation

Catalyse par transfert de phase

Catalyse micellaire

Calorimétrie réactionnelle

Étude cinétique

Sécurité du procédé

Epoxidation

Phase transfer catalysis

Micellar catalysis

Reaction calorimeter

Kinetic study

Process safety

Résumé

Le recours à l’exploitation des huiles végétales pour synthétiser des époxydes, produit clé dans diverses synthèses industrielles, permet de réduire l’impact environnemental de l’activité humaine. Pour réduire le coût énergétique de ce type de synthèse cinétiquement très lente, une méthode alternative pour l’intensifier a été étudiée. Les procédés d’époxydation par l’acide performique et par catalyse de transfert de phase ont été étudiés ainsi que leur intensification en utilisant les milieux micellaires. Ces milieux nanostructurés sont générateurs d’importante aire interfaciale entre réactifs immiscibles, permettant de maximiser le contact entre les espèces et ainsi d’intensifier la vitesse globale de la transformation. Le suivi de cinétique de ces deux procédés utilise une méthode originale basée sur le couplage d’un signal énergétique et l’analyse spectrométrique. Un modèle de comportement thermique de chaque procédé tenant de l’hétérogénéité du milieu est proposé. L’estimation des paramètres des modèles utilise une méthode inverse qui consiste à reconstruire le signal thermique et le taux de conversion chimique.Afin d’évaluer la criticité des deux procédés, une étude de sécurité thermique utilisant la classification de Stossel a été réalisée. Pour mener à bien cette étude, des mesures des grandeurs thermodynamiques (température, pression et enthalpie de la réaction) du milieu réactionnel par des techniques calorimétriques (réacteurs calorimétrique RC1-RTCal et adiabatique ARC254) ont été déterminées. Un mécanisme chimique de décomposition de la molécule époxyde est proposé.

The use of vegetable oils to synthesize epoxides, a key product in various industrial syntheses, makes it possible to reduce the environmental impact of human activity. To reduce the energy cost of this type of kinetically very slow synthesis, an alternative method to intensify it has been studied. The epoxidation processes by performic acid and by phase transfer catalysis have been studied as well as their intensification using micellar media. These nanostructured media generate large interfacial areas between immiscible reactants, maximizing contact between species and thus increasing the overall rate of transformation. The kinetic monitoring of these two processes uses an original method based on the coupling of an energy signal and spectrometric analysis. A model of thermal behavior of each process taking into account the heterogeneity of the medium is proposed. The estimation of the model parameters uses an inverse method which consists in reconstructing the thermal signal and the chemical conversion rate.In order to assess the criticality of two processes, a thermal safety study using the Stossel classification was carried out. The measurements of the thermodynamic quantities (temperature, pressure and enthalpy of the reaction) of the reaction medium by calorimetric techniques (RC1-RTCal calorimetric and adiabatic ARC254 reactors) were determined. A chemical mechanism of decomposition of the epoxide molecule is proposed.