Méthodes de modélisation innovantes pour décrire les propriétés des fluides

Innovative modeling methods to describe fluid properties

• Auteur / Autrice : Haziq ridwan Bin asmuni
• Direction : Jean-Noël Jaubert, Romain Privat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 20/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 4 - CITHERE - Cinéthique et Thermodynamique pour l'Energie

Mots clés

Mots clés libres

Thermodynamique

Équilibres des phases

Modèle thermodynamiques

Modèle cubique

Pc-saft

Thermodynamics

Phase equilibria

Thermodynamic model

Cubic model

Pc-saft

Résumé

Le travail que nous souhaitons mener a pour ambition de développer deux nouvelles équations d'état, l'une de type SAFT et l'autre de type cubique, en utilisant des voies de développement inexplorées jusqu'alors. Plus précisément, nous souhaitons : (1) Développer une méthodologie de paramétrage de l'équation PC-SAFT permettant de mieux décrire son terme d'association. À l'heure actuelle, aucune méthode efficace d'estimation directe de ces paramètres n'existe. Ils sont généralement déterminés par régression sur des données d'équilibre de phases selon des procédures variables d'un groupe de recherche à l'autre ; ils sont parfois considérés comme spécifiques à chaque molécule et parfois transférables au sein d'une même famille chimique. Une étude récente à laquelle nous avons participé a mis en évidence certaines incohérences de modélisation des systèmes mettant en jeu des molécules associées par liaison hydrogène et impliquant le phénomène d'association croisée28,29. À travers ce travail de thèse, nous souhaitons reprendre puis étendre la méthodologie de paramétrage des termes d'association en distinguant les effets d'auto-association (liaison hydrogène entre deux composés identiques), d'association croisée (entre deux composés différents présentant des sites d'association permanents), d'association induite (entre deux composés différents présentant des sites d'association induits par effets de polarisation). Ce travail inclut le développement d'une méthode permettant de sélectionner automatiquement le schéma d'association le mieux adapté (le schéma d'association désigne la localisation et le nombre de liaisons hydrogène entre deux molécules). (2) Développer un nouveau type d'équation d'état cubique. Il s'agira ici d'envisager d'introduire une fonction dépendant de la température dans le terme attractif de l'équation d'état : (1.2) Forme classique : P ൌ ோ் ௩ି௕ െ ௔ ொሺ௩ሻ (1.3) Forme envisagée dans le cadre de ce travail : P ൌ ோ் ௩ି௕ െ ௔ ொሺ௩,்ሻ Cette modification s'apparente à une révolution dans le monde des équations d'état cubiques car il n'a jamais été envisagé par d'autres groupes par le passé. Pourtant, des travaux internes que nous avons menés ont montré que des équations d'état ainsi formulées étaient susceptibles de fournir des propriétés thermodynamiques bien plus précises que les modèles classiques, notamment en matière de description des équilibres de phases, des compressibilités, des capacités thermiques et des vitesses du son. Les deux équations d'état développées seront évaluées sur leur capacité à décrire les propriétés d'équilibre liquide-vapeur et les propriétés énergétiques (capacité thermique, enthalpie ...). En particulier, elles seront testées sur des fluides d'intérêt pour l'entreprise GTT : mélanges concentrés en méthane à basse température, mélanges présentant des concentrations faibles à modérées en eau, mélanges à base d'ammoniac etc.

Our research group is specialized in the development and parameterization of equations of state. For many years, we are working conjointly on two EoS classes: the cubic models (issued from Van der Waals' seminal work) and the SAFT-type models (SAFT stands for “Statistical Associating Fluid Theory”). Numerous successes were obtained in the past years by our team including the description of pure component properties with an unprecedented accuracy and the development of efficient predictive methods making it possible to guesstimate phase behaviours and energetic properties of complex non-associating mixtures (i.e., mixtures that are free of hydrogen bonds). Among these, let us cite: the PPR78 and E-PPR78 models, the PR2SRK model, the I-PC-SAFT model, all available in com mercial simulation software and regularly used by the scientific community. Objectives of the thesis: However, despite intensive efforts, progress remains to be made in fluid modeling. Regardless of the approach chosen (SAFT or cubic), equations of state are still struggling to simultaneously reproduce phase equilibria, volumetric and energetic properties of fluids, in particular when approaching the critical region. While 99.99 % of current equations of state are classically derived from well founded SAFT or cubic theories, some unexplored or nearly-unexplored ways deserve interest and could have the potential to move the lines. In this thesis, two types of study are proposed: • While SAFT-type models are currently plethoric and parameterized according to different or even contradictory methodologies, we propose here to first study the transferability of SAFT pa rameters (i.e., the possibility of using similar parameters within the same family of compounds) and then to develop a method to predict association patterns and parameters. Ultimately, a new industrialized version of the PC-SAFT model will emerge from the study. • A cubic type model involving a temperature dependent function in the volume polynomial of the attractive term. Note that this approach has never been explored before but following our preliminary calculations, it shows a strong potential.