Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Thèse présentée en vue de l’obtention Du diplôme de Doctorat en sciences en chi

Thèse présentée en vue de l’obtention Du diplôme de Doctorat en sciences en chimie industrielle Présentée par : MERZOUGUI Abdelkrim Soutenue publiquement le …. /.... / ………. Devant le jury composé de : اﻟﺠﻤﻬﻮرﻳﺔ اﻟﺠﺰاﺋﺮﻳﺔ اﻟﺪﻳﻤﻘﺮاﻃﻴﺔ اﻟﺸﻌﺒﻴﺔ République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة اﻟﺘﻌﻠﻴﻢ اﻟﻌﺎﻟﻲ و اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la technologie Département : Chimie Industrielle Ref :……………… ﺟﺎﻣﻌﺔ ﻣﺤﻤﺪ ﺧﻴﻀﺮ ﺑﺴﻜﺮة آﻠﻴﺔ اﻟﻌﻠﻮم و اﻟﺘﻜﻨﻮﻟﻮﺟﻴﺎ ﻗﺴﻢ : .………… اﻟﻤﺮﺟﻊ : ..……… Mr. OMARI Mahmoud Pr Président Univ. BISKRA Mr. HASSEINE Abdelmalek MCA Directeur de thèse Univ. BISKRA Mr. MENAI Abdelsalam H. Pr Examinateur Univ. CONSTANTINE Mr. BENCHEIKH LehocineM Pr Examinateur Univ. CONSTANTINE Mr. KORICHI Mourad MCA Examinateur Univ. OUARGLA Mr. BEN TEMAM Hachemi MCA Examinateur Univ. BISKRA Expérimentation, simulation et optimisation des équilibres de phases Remerciements ¾ Avant tout, je dois remercier Dieu le tout puissant qui m’a donné la force pour mener à terme ce long et dur travail ; ¾ En premier lieu je tiens à remercier vivement mon directeur de thèse Monsieur HASSEINE Abdelmalek Maître de conférence à l’Université de Biskra pour : sa disponibilité, ses conseils avisés et pour la confiance qu’il m’a accordés tout au long de ma formation. Il a guidé mes pas dans la recherche depuis l’Ingéniorat, le Magister et maintenant le Doctorat, il m’a fait profiter de son expérience et de sa rigueur, ce fut un grand plaisir de travailler avec lui. Qu’il trouve ici l’expression de ma plus profonde gratitude et de mon admiration pour ses qualités scientifiques, Merci encore Monsieur HASSEINE Abdelmalek. ¾ Je tiens aussi à remercier Monsieur OMARI Mahmoud professeur à l'université de Biskra pour m’avoir fait un grand honneur et plaisir en acceptant de présider le jury. ¾ Je remercie aussi Messieurs A‐.H. MENIAI et BENCHEIKH LEHOCINE M professeurs à l'université de Constantine, KORICHI Mourad Maître de conférence à l’Université de Ouargla et BEN TEMAM Hachemi Maître de conférence à l’Université de Biskra, pour m’avoir fait honneur et plaisir en acceptant d’examiner ce travail ; ¾ Je ne saurais oublier toutes les autres personnes qui, plus ou moins directement, ont contribué aussi bien à la réussite de ce travail Résumé : L’étude des équilibres de phases est très importante pour la conception, l’optimisation et le contrôle des opérations de transformations et séparations. L’investigation des équilibres liquide-liquide ou liquide-vapeur ont été le sujet de beaucoup d’intérêt dans l’industrie chimique et pétrochimique ces dernières années. L’optimisation des procédés de séparation est l’une des branches les plus importantes dans la conception des procédés, et de nombreuses recherches, à la fois pratiques et théoriques. L’objectif de ce travail est double. Dans un premier temps il s’agit, en s’appuyant sur un travail expérimental pour déterminer des données des équilibres liquide- liquide des systèmes : {Eau(1) + Alcool(2) + Dichlorométhane, Diethyl éther(3)} et {n-Heptane(1)- Toluène, Xylène(2) +Aniline, Méthanol ou Sulfolane(3)}. Et le deuxième objectif, les résultats expérimentaux ont été analysés et exploités pour calculer de nouveaux paramètres d’interaction des modèles thermodynamiques tels que : UNIQUAC, NRTL. Les valeurs optimales de ces paramètres ont été obtenues par des nouvelles méthodes d’optimisations telles que les algorithmes génétiques hybrides(HGA), recuit simulé hybride et la méthode d’harmonie(HSA). Mots clés : Expérimentale, équilibre liquide-liquide, modélisation, optimisation, GA, SA, HySA, HyGA, HSA. Abstract The study of phase Equilibria is very important for the design, optimization and control of transformations and separations. The investigations of liquid-liquid or liquid-vapor have been the subject of much interest in the chemical and petrochemical industry in recent years. The optimization of the separation process is one of the most important branches in process design and much research, both practical and theoretical. The objective of this work is twofold; initially it is based on experimental work the liquid-liquid equilibrium data for the Ternary Systems: {water (1) + Alcohol (2) + Dichloromethane, Diethyl ether (3)} and {n-Heptane(1)-Toluene, Xylene(2) +Aniline, Methanol or Sulfolane(3)} have been determined. The second objective, the experimental data were being analyzed and used for the estimation of new interactions parameters of thermodynamic models such as UNIQUAC and NRTL. The optimal values of these parameters will be obtained by new optimization methods such as hybrid simulated annealing(HySA), hybrid genetic algorithms (HyGA) and harmony search algorithm (HSA). Keywords: Experimental, liquid-liquid equilibrium, modeling, optimization, SA, GA, HySA, HyGA, HSA. ﻣﻠﺨﺺ إن دراﺳﺔ ﺗﻮازن اﻷﻃﻮار ﻣﻬﻢ ﻓﻲ ﻋﻤﻠﻴﺔ اﻟﺘﺼﻤﻴﻢ و ﺗﺤﺴﻴﻦ و ﻣﺮاﻗﺒﺔ ﻋﻤﻠﻴﺎت اﻟﺘﺤﻮﻳﻞ . آﻤﺎ ﺗﻌﺘﺒﺮ دراﺳﺔ اﻷﻃﻮار ﺳﺎﺋﻞ-ﺳﺎﺋﻞ أو ﺳﺎﺋﻞ - ﻏﺎز ذات اهﻤﻴﺔ آﺒﻴﺮة ﻓﻲ ﻣﺠﺎل اﻟﺼﻨﺎﻋﺔ اﻟﻜﻴﻤﻴﺎﺋﻴﺔ و اﻟﺒﻴﺘﺮوآﻴﻤﻴﺎﺋﻴﺔ ﻓﻲ اﻟﺴﻨﻮات اﻷﺧﻴﺮة . آﻤﺎ ﺗﻌﺘﺒﺮ دراﺳﺔ ﺗﺤﺴﻴﻦ ﻃﺮق اﻟﻔﺼﻞ واﺣﺪة ﻣﻦ أهﻢ ﻣﺠﺎﻻت اﻟﺒﺤﺚ اﻟﻌﻠﻤﻲ ﻓﻲ ﻋﻤﻠﻴﺔ ﺗﺼﻤﻴﻢ ﻃﺮق اﻟﻔﺼﻞ ﻣﻦ اﻟﻨﺎﺣﻴﺔ اﻟﺘﻄﺒﻴﻘﻴﺔ و اﻟﻨﻈﺮﻳﺔ . اﻟﻬﺪف ﻣﻦ هﺬا اﻟﻌﻤﻞ ﻣﺰدوج : أوﻻ ﻧﻘﻮم ﺑﻌﻤﻞ ﺗﺠﺮﻳﺒﻲ ﻣﻦ أﺟﻞ ا ﺳﺘﻨﺘﺎج ﺑﻴﺎﻧﺎت ﺗﺠﺮﻳﺒﻴﺔ ﺟﺪﻳﺪة ﻟﺘﻮازن اﻷﻧﻈﻤﺔ اﻟﺜﻼﺛﻴﺔ ﻣﺎء )+ﻏﻮل+ﺛﻨﺎﺋﻲ آﻠﻮرو ﻣﻴﺜﺎن أو ﺛﻨﺎﺋﻲ اﻳﺜﻴﻞ اﻻﻳﺜﻴﺮ ) و ( اﻟﻬﺒﺘﺎن +اﻟﺘﻮﻟﻴﺎن أو اآﺰﻳﻼن +اﻷﻧﻴﻠﻴﻦ أو اﻟﻤﻴﺜﺎﻧﻮل أو اﻟﺴﻴﻠﻔﻮﻻن (. و اﻟﻬﺪف اﻟﺜﺎﻧﻲ ﻣﻦ هﺬﻩ اﻟﺪراﺳﺔ هﻮ ﺗﺤﻠﻴﻞ و اﺳﺘﺨﺪام اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﺘﺠﺮﻳﺒﻴﺔ ﻟﺘﻮازن ﺳﺎﺋﻞ- ﺳﺎﺋﻞ اﻟﻤﺤﺼﻞ ﻋﻠﻴﻬﺎ ﻟﺘﻘﺪﻳﺮ ﻋﻨﺎﺻﺮ اﻟﺘﺪاﺧﻞ ﻟﻠﻨﻤﺎذج اﻟﺘﺮﻣﻮدﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻴﺔ )NRTL et UNIAUQC ( ﻣﻦ ﺧﻼل اﺳﺘﺨﺪام ﻃﺮق اﻟﺘﺤﺴﻴﻦ ﻟﺤﺴﺎب ﺗﻮازن اﻷﻃﻮار هﺬﻩ اﻟﻄﺮق ﻣﻨﻬﺎ اﻟﻤﺤﺪة ﻣﺜﻞ ) ﻃﺮﻳﻘﺔ NELDER-MEAD (و اﻟﻄﺮق اﻟﻌﺸﻮاﺋﻴﺔ ﻣﺜﻞ ) ﻃﺮﻳﻘﺔ ﻣﺤﺎآﺎة اﻟﺼﻠﺐ، اﻟﺨﻮارزﻣﻴﺎت اﻟﺠﻴﻨﻴﺔ و أو ﻃﺮﻳ ﻘ ﺔ اﻟﺒﺤﺚ ﻋﻦ اﻟﺘﻨﺎﻏﻢ ( و اﻟﻄﺮق اﻟﻬﺠﻴﻨﺔ . ﺳﺎﺋﻞ، اﻟﺘﺤﺴﻴﻦ، ﻣﺤﺎآﺎة اﻟﺼﻠﺐ، اﻟﺨﻮارزﻣﻴﺎت اﻟﺠﻴﻨﻴﺔ، اﻟﺒﺤﺚ ﻋﻦ اﻟﺘﻨﺎﻏﻢ، -اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﻴﺔ: ﺗﺠﺮﻳﺒﻲ، ﺗﻮازن ﺳﺎﺋﻞ اﻟﻄﺮق اﻟﻬﺠﻴﻨﺔ SOMMAIRE NOMENCLATURE……………………………………………………………………………………………………………. i LISTE DES FIGURES……………….…………………………………………………………………...……….………..… v LISTE DES TABLEAUX…………….………….…………………………………………………………...…….……...… viii LISTE DES PUBLICATIONS……………...………………………………………………………………………..…… ix LISTE DES CITATIONS BIBLIOGRAPHIQUES PAR LES AUTRES…………………………….. x INTRODUCTION GENERALE……….………….…………………………………………………………………… 1 CHAPITRE I : REVUE BIBLIOGRAPHIQUE I.1. Introduction……………………………………………………………………………………………………….. 3 I.2. Calcul et optimisation des équilibres de phases liquides………………………………………… 3 I.3. Modélisation des équilibres entre les phases liquides……………………………………………... 6 I.3.1. Modèles Thermodynamiques Pour les systèmes non électrolytes…………...……………….. 6 I.3.1.1. Le Modèle de Wilson ………………………………………………………………………………………… 8 I.3.1.2. Le Modèle NRTL (Non Random Two Liquids) …………………………………………………… 8 I.3.1.3. Le Modèle UNIQUAC (UNIVERSAL QUASI CHEMICAL) ………………………………. 8 I.3.1.4. Le Modèle UNIFAC (UNIQUAC Functional- group Activity Coefficient) …………….. 9 I.3.2. Modèles Thermodynamiques Pour les Systèmes électrolytes………………………………….. 10 I.3.2.1. Modèles Basés Sur NRTL…………………………………………………………………………………… 11 I.3.2.2. Modèles Basés Sur NRF……………………………………………………………………………………… 12 I.3.2.3. Modèles Basés Sur l’Equation de Wilson……………………………………………………………… 12 I.3.2.4. Modèles Basés Sur UNIQUAC……………………………………………………………………………. 13 I.3.2.5. Modèles Basés Sur UNIFAC………………………………………………………………………………. 14 I.4. Références citées dans le chapitre I………………………………………………………………………. 14 CHAPITRE II : MODELISATION DES EQUILIBRES DE PHASES LIQUIDES EN UTILISANT LES MODELES THERMODYNAMIQUES II.1. Introduction……………………………………………………………………………………………………….. 19 II.2. Concepts et définitions thermodynamiques…………………………………………………………… 19 II.2.1. Enthalpie libre - potentiel chimique……………………………………………………………………… 19 II.2.2. Activité chimique des systèmes non électrolytes…………………………………………………… 22 II.2.3. Activité chimique des électrolytes………………………………………………………………………... 23 II.2.4. La séparation de phases………………………………………………………………………………………. 24 II.2.5. Condition d'équilibre liquide-liquide…………………………………………………………………….. 26 II.3. Modélisation des équilibres de phases par le modèle NRTL et UNIQUAC……………… 28 II.3.1. Forme générale du modèle NRTL pour les solutions non électrolytiques………………… 29 II.3.2. Forme générale du modèle UNIQUAC pour les solutions non électrolytiques…………. 32 II.3.3. Choix du modèle………………………………………………………………………………………………… 34 II.3.4. paramètres structuraux du modèle UNIQUAC ou NRTL……………………………………….. 34 II.3.4.1. Détermination des paramètres structuraux…………………………………………………………….. 34 II.4. Estimation des paramètres d’interaction binaire du NRTL et UNIQUAC………………… 35 II.5. Test du modèle - Prédiction des équilibres ternaires……………………………………………… 36 II.6. Références citées dans le chapitre II…………………………………………………………………… 36 CHAPITRE III : PARTIE EXPERIMENTALE III.1. Introduction………………………………………………………………………………………………………... 39 III.2. Détermination des données d'équilibre…………………………………………………………………. 39 III.2.1. Etude des équilibres liquide-liquide des systèmes ternaires de type : Eau(1) + Alcool(2) + solvant(3) ………………………………………………………………………….. 39 III.2.1.1. Matérielles, Produits et Technique expérimentale 39 III.2.2. Etude des équilibres liquide-liquide du système ternaire n-heptane(1) +Toluène, Xylène(2) + Aniline, Méthanol, Sulfolane (3) …………………………………………………….. 45 III.2.2.1. Processus Expérimental……………………………………………………………………………………… 45 III.2.2.1.1. Extrapolation des Résultats…………………………………………………………………………………. 49 III.3. Références citées dans le chapitre III……………………………………………………………………. 56 CHAPITRE IV : METHODES D’OPTIMISATION IV.1. Introduction……………………………………………………………………………………………………….. 58 IV.2. Les problèmes d'optimisation………………………………………………………………………………. 58 IV.3. Les éléments d'optimisation………………………………………………………………………………… 59 IV.4. Caractéristiques…………………………………………………………………………………………………. 60 IV.4.1. Sensibilité et robustesse d’une méthode d’optimisation…………………………………………. 60 IV.4.2. Opérateurs de recherche fondamentaux………………………………………………………………… 60 IV.4.3. Mode de recherche de l’optimum…………………………………………………………………………. 61 IV.4.4. Ordre d’une méthode de résolution……………………………………………………………………… 61 IV.5. Classification des méthodes d’optimisation…………………………………………………………. 64 IV.5.1. Les méthodes déterministes………………………………………………………………………………… 64 IV.5.1.1. Les méthodes de recherche utilisant les dérivées…………………………………………………… 64 IV.5.1.2. Les méthodes indirectes basées sur les dérivés………………………………………………………. 64 IV.5.1.3. Les méthodes directes basées sur les dérivées du critère……………………………………….. 65 IV.5.1.4. Les méthodes de recherche directe………………………………………………………………………. 66 IV.5.2. Les méthodes stochastiques…………………………………………………………………………………. 67 IV.5.2.1. Les méthodes de recherche stochastique dirigée…………………………………………………… 67 IV.5.2.2. Les méthodes inspirées sur des comportements biologiques………………………………….. 68 IV.5.2.3. Les méthodes du type clustering…………………………………………………………………………. 68 IV.5.2.4. Les méthodes inspirées des principes physiques…………………………………………………… 69 IV.5.3. Les méthodes Heuristiques…………………………………………………………………………………. 69 IV.5.4. Méthodes hybrides……………………………………………………………………………………………… 69 IV.6. Méthodologie de travail……………………………………………………………………………………….. 70 IV.6.1. Méthode de Nelder & Mead………………………………………………………………………………… 70 IV.6.2. Les Algorithmes Génétiques………………………………………………………………………….…… 72 IV.6.2.1. Principe……………………………………………………………………………………………………….…… 73 IV.6.2.1.1. Les sélections……………………………………………………………………………………………….…… 73 IV.6.2.1.2. Les Croisements ou recombinaison……………………………………………………………………… 74 IV.6.2.1.2. Les mutations………………………………………………………………………………………………….… 74 IV.6.2.1.3. Codage……………………………………………………………………………………………………………… 74 IV.6.3. Le recuit simulé (Simulated Annealing, SA) ………………………………………………………… 75 IV.6.3.1. Algorithme…………………………………………………………………………………………………….…… 76 IV.6.3.1.1. L’algorithme de Metropolis………………………………………………………………………….……… 76 IV.6.3.2. Etat initial de l'algorithme………………………………………………………………………………….… 77 IV.6.3.3. Variation de la température…………………………………………………………………………….…… 77 IV.6.3.4. Amélioration……………………………………………………………………………………………………… 78 IV.6.4. Algorithme de recherche d’harmonie (search harmony Algorithm, HSA) ……………… 78 IV.6.4.1. Les Étapes de l’Algorithme Harmony Search……………………………………………………… 79 IV.6.4.1.1. Initialisation des paramètres uploads/Science et Technologie/ chimi-ind-d1-2013 1 .pdf