THESE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Institut National Polytechnique de Touloues Université des Sciences Techniques et Economiques de Budapest Discipline ou spécialité Génie des procédé et de l'environnement JURY Michel Meyer: Directeur de thèse Jean Michel Reneaume: Rapporteur Peter Lang: Rapporteur Zoltan Lelkes: Co directeur de Thèse Endre Rév: Membre David Rouzineu: Membre Matthias Brehelin: Membre Ecole doctorale Mécanique Enérgetique Génie civil et Procédé Unité de recherche Laboratoire de Génie Chimique Directeur s de Thèse Michel Meyer Zoltan Lelkes Rapporteurs Jean Michel Reneaume Peter Lang

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THESE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Institut National Polytechnique de Touloues Université des Sciences Techniques et Economiques de Budapest Discipline ou spécialité : Génie des procédé et de l'environnement JURY Michel Meyer: Directeur de thèse Jean-Michel Reneaume: Rapporteur Peter Lang: Rapporteur Zoltan Lelkes: Co-directeur de Thèse Endre Rév: Membre David Rouzineu: Membre Matthias Brehelin: Membre Ecole doctorale : Mécanique, Enérgetique, Génie civil et Procédé Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique Directeur(s) de Thèse : Michel Meyer, Zoltan Lelkes Rapporteurs : Jean-Michel Reneaume, Peter Lang Présentée et soutenue par Timea STEGER LUKACS Le 16 Décémbre 2009 Titre : Etude de la distillation réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire avec des réactions consécutives

polytechnique de touloues université des sciences techniques

prosim batch

distillation réactive

egy-egy betáplálással

bemutatja az

reactive distillation

batch

reaktív desztilláció

Sujets

Distillation réactive

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Langue	Français
Poids de l'ouvrage	2 Mo

Extrait

THESE

En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par Institut National Polytechnique de Touloues
Université des Sciences Techniques et Economiques de Budapest
Discipline ou spécialité : Génie des procédé et de l'environnement

Présentée et soutenue par Timea STEGER LUKACS
Le 16 Décémbre 2009

Titre : Etude de la distillation réactive dans une colonne avec un bac intermédiaire avec
des réactions consécutives

JURY
Michel Meyer: Directeur de thèse
Jean-Michel Reneaume: Rapporteur
Peter Lang: Rapporteur
Zoltan Lelkes: Co-directeur de Thèse
Endre Rév: Membre
David Rouzineu: Membre
Matthias Brehelin: Membre

Ecole doctorale : Mécanique, Enérgetique, Génie civil et Procédé
Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique
Directeur(s) de Thèse : Michel Meyer, Zoltan Lelkes
Rapporteurs : Jean-Michel Reneaume, Peter Lang
RESUME
Etude de la distillation réactive dans une colonne
avecunbacintermédiaireavecdesréactionsconsé-
cutives
Résumé :
La distillation réactive est l’un des procédés chimiques intensiﬁés les plus recon-
nus, qui intègre la séparation et la réaction au sein d’un même appareil. Les princi-
paux avantages de la distillation réactive concerne l’amélioration de la conversion
de la réaction, la diminution signiﬁcative des investissements, des coûts de fonc-
tionnement, de la consommation énergétique, et de la production de sous produits.
Une méthodologie de conception systématique, générale et hiérarchisée de la dis-
tillation réactive discontinue avec des réactions consécutives est présentée dans
ce manuscrit. La méthode élaborée est présentée sur la la transestériﬁcation du
carbonate de diméthyle par le procédé de distillation réactive discontinue dans
une colonne avec un bac intermédiaire. Après l’acquisition de données phisico-
chimiques de base nécessaire à notre méthode, une nouvelle méthode de l’analyse
de faisabilité pour les systèmes multiréactifs et multiconstituant a été développée.
L’étape suivante est l’analyse de sensibilité aﬁn d’explorer les eﬀets des paramètres
du procédé. Une conﬁguration faisable, qui est entièrement réactive avec une ali-
mentation dans la partie supérieure et inférieure de la colonne et avec un bac
intermédiaire a été choisie et étudiée au cours de l’analyse de sensibilité par des
simulations rigoureuses eﬀectuées en utilisant le logiciel ProSIM Batch.
Mots clés : distillation réactive, réaction consécutive, conception, transestériﬁ-
cation du carbonate de diméthyle, analyse de faisabilté
iÖSSZEFOGLALÁS
Areaktívdesztillációvizsgálataközéptartályososz-
lopban konszekutív reakciók jelenlétével
Összefoglalás :
A reaktív desztilláció hatékonyságnövelés szempontjábol az egyik legígéretesebb
vegyipari művelet, amely során a reakció és a desztilláció egyazon berendezésben
történik. Az eljárás segítségével nagyobb konverzió érhető el, a beruházási és üze-
meltetési költség alacsonyabb, valamint az energiafogyasztás és a művelet során
keletkező melléktermékek mennyisége kevesebb.
Jelen doktori értekezés a szakaszos reaktív desztilláció egy olyan szisztematikus,
általános és hierarchikus tervezési módszerét mutatja be, amely segítségével több-
komponensű konszekutív reakciók is vizsgálhatóak. A szakaszos reaktív desztil-
lációra kidolgozott módszer alkalmazását dimetil-karbonát átészterezésén keresz-
tül mutatjuk be középtartályos oszlopban. A módszerhez szükséges ﬁzikai-kémiai
adatbázis létrehozását követően, egy új megvalósíthatósági vizsgálati módszer ki-
dolgozására került sor többkomponensű konszekutív reakciókat tartalmazó rend-
szerek tanulmányozására. Az értekezés második fele bemutatja az elvégzett érzé-
kenységi vizsgálatot, mely során az üzemvitel során fontos műveleti paraméterek
hatásait vizsgáltuk. Az érzékenységi vizsgálathoz ProSIM Batch szoftvert alkal-
maztuk. A vizsgálat elvégzéséhez kiválasztott szakaszos konﬁguráció egy teljes
hosszában reaktív középtartályos oszlop mind a rektiﬁkaló mind a sztrippelő osz-
loprészben alkalmazott egy-egy betáplálással.
Kulcsszavak: reaktívdesztilláció,konszekutívreakció,tervezés,dimetil-karbonát
átészterezése, megvalósíthatósági vizsgálat
iiABSTRACT
Study of reactive distillation in middle vessel col-
umn with consecutive reactions
Abstract :
Reactive distillation, a process integrating separation and reaction in a single unit,
is one of the best known intensiﬁed chemical processes. Major advantages of re-
active distillation include higher conversion, reduced investment, operating costs,
energy consumption, and quantity of secondary products. A systematic and hier-
archic general methodology for conceptual design of multireactive batch reactive
distillation (BRD) is presented in this manuscript. The elaborated method is
presented on the transesteriﬁcation of dimethyl carbonate by the process of batch
reactive distillation in a middle vessel column.After collecting the physico-chemical
basicdatanecessaryforourmethod, thenewmethodoffeasibilityanalysisformul-
ticomponent and multireactive systems has been developed. The next step is the
sensibility analysis, when the eﬀects of the process parameters are analysed. As a
conﬁguration feasible a fully reactive conﬁguration of middle vessel column with
entrainer feeding to the upper and lower column sections is studied by simulations
using ProSIM Batch.
Keywords: reactive distillation, consecutive reaction, conception, transesteriﬁ-
cation of dimethyl carbonate, feasibility analysis
iiiivREMERCIEMENTS
Je tiens tout d’abord à remercier, Péter MIZSEY, Responsable du Laboratoire
de Génie Chimique et de l’Environnement de l’Université des Sciences Techniques
et Economiques de Budapest et Joël BERTRAND, Responsable du laboratoire de
Génie Chimique de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Toulouse, m’avoir
accueilli pendant les quatre dernières années respectivement à Budapest et à Tou-
louse et de m’avoir assuré l’environnement scientiﬁque et technique au cours de
ma recherche.
Je remercie le Gouvernement Hongrois et le Gouvernement Français pour avoir
ﬁnancé ma thèse durant ces années.
Je remercie également M. Péter LÁNG et M. Jean Michel RENEAUME pour
m’avoir fait l’honneur d’être examinateur de ce mémoire et de siéger au jury de
cette thèse.
J’adresse mes sincères remerciements à Monsieur Endre RÉV pour son aide
considérable qu’elle m’a apportée, et pour avoir accepté de participer au jury de
soutenance.
J’adresse mes remerciements à Monsieur Zoltán LELKES et à Monsieur Michel
MEYER, mes directeurs de thèse, qui m’ont orienté au quotidien dans mon travail.
Je tiens à remercier M. David ROUZINEAU et M. Mathias BREHELIN pour
avoir accepté d’examiner ce travail et d’être membre du Jury.
Je voudrais également remercier à toutes les techniciens du Laboratoire de Gé-
nie Chimique de Toulouse pour leur aide durant la phase expérimental de mon
travail et à toutes les personnes que j’ai croisées au laboratoire pour leurs encou-
ragements, leur soutien et pour leur sympathie.
Je remercie mes parents, ma grand-mère, et toute ma famille pour leur pa-
vREMERCIEMENTS
tience, leur soutien et pour leur motivation.
Je remercie très vivement mon mari M. Csaba STÉGER pour ses encourage-
ment dans les moments les plus diﬃciles et pour son aide professionnel ainsi que
pour son soutien moral qui m’a toujours apporté et pour m’avoir témoigné de son
amour.
Et un très grand remerciement à ma petite ﬁlle, Mademoiselle Borbála STÉ-
GER pour sa patience et sa résistance.
viTable des matières
Résumé i
Remerciements v
Introduction générale 1
1 Analyse bibliographique 5
1.