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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/331823297 Design et développement des procédés de séparation des mélanges idéaux et non idéaux dans des colonnes de distillation et distillation extractive à cloison Thesis · October 2018 CITATIONS 0 READS 270 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: YouTube Channel View project Master Thesis View project Fatima Zohra Seihoub Université des Sciences et de la Technologie d'Oran Mohamed Boudiaf 3 PUBLICATIONS 7 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Fatima Zohra Seihoub on 17 March 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. امجلهورية اجلزائرية ادلميقراطية الشعبية وزارة التعلمي العايل و البحث العلمي جامعة وهران للعلوم و التكنولوجيا دمحم بوضياف Présentée par : SEIHOUB Fatima Zohra Intitulé Design et développement des procédés de séparation des mélanges idéaux et non idéaux dans des colonnes de distillation et distillation extractive à cloison Faculté :Chimie Département :Génie Chimique Domaine :Science et Technologie Filière :Génie des Procédés Intitulé de la Formation :Génie Chimique Année Universitaire : 20 18 / 20 19 Membres de Jury Grade Qualité Domiciliation Mr. HADDOU Boumediene Pr Président USTO Mohamed Boudiaf Mme BENHAMMADI Samia MCA Examinateur USTO Mohamed Boudiaf Mme BENYOUNES Hassiba Pr Encadrant USTO Mohamed Boudiaf Mr. MAKHOUKHI Benamar Pr Examinateur Université de Tlemcen Mr. GHEZZAR Moufok Pr Examinateur Université de Mostaganem Mr. GERBAUD Vincent Directeur de recherche Invité Laboratoire de génie chimique de Toulouse Devant le Jury Composé de : À Dieu, le Très Haut À ceux qui ont œuvré pour éclairer mon chemin, mes parents À mon frère et mes sœurs Et à ceux qui ont illuminé mon esprit et qui ont été le meilleur guide de la science et de la connaissance, Avant-propos et remerciements Avant-propos et remerciements Cette thèse est le résultat d’un travail collectif de longue haleine. Ce travail a été réalisé au sein du laboratoire de Génie Chimique et de catalyse hétérogène de l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran USTO, et au Laboratoire de Génie Chimique de l’INP de Toulouse, France. Sous la direction du Professeur "Hassiba BENYOUNES" en collaboration avec Mr. Vincent GERBAUD Directeur de recherche au Laboratoire de génie chimique de Toulouse. Je remercie, en premier lieu, Dieu, le Très Haut, de m’avoir permis de réaliser ce travail. Mes remerciements s’adressent au Pr. BENYOUNES Hassiba, qui m’a encadré avec pertinence et efficacité tout le long de ma recherche. Je la remercie pour son soutien intellectuel, ses conseils, ses idées pertinentes qui ont été précieux pour la confection de ce travail, et pour la confiance qu’elle m’a accordée. Je remercie tout spécialement monsieur Vincent Gerbaud, qui a dirigé ma thèse pendant toute la période de formation dans son laboratoire; Je lui exprime mes remerciements profonds pour les conditions de travail très favorables dont j’ai bénéficié, pour son soutien, sa confiance, son aide et son caractère humain.. C’est grâce à lui que j’ai eu la chance d'avoir une bonne expérience. Je lui en suis très reconnaissante. Le Pr. HADDOU Boumediene est très gracieusement remercié de nous faire l’honneur de présider le jury de thèse. Je remercie d’ailleurs vivement Dr. BENHAMMADI Samia, le Pr. MAKHOUKHI Benamar et le Pr. GHEZZAR Moufok pour avoir accepté d’examiner ce travail et d’être membre du Jury. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à mes parents qui m’ont soutenu jusqu’à ce jour, mon frère et mes deux sœurs de m’avoir toujours encouragé tout le long de mes années d’études. Enfin, je tiens à remercier ma sœur BENETTAYEB Asmaa pour les milles petites choses qui rendent ma vie tellement agréable, pour ses encouragements dans les moments les plus difficiles, pour son aide professionnelle, ainsi que pour son soutien moral; un grand merci du fond du cœur. Résumé Résumé Concevoir un système de distillation durable et économique est un grand défi mondial dans le domaine de la chimie industrielle. Pour résoudre ce problème, l'une des solutions les plus prometteuses est ce que l'on appelle les colonnes à cloison (DWC), qui permettent non seulement de réduire les coûts énergétiques, mais aussi d'utiliser un espace d'installation limité. Cette thèse est consacrée dans sa première partie à la conception des colonnes DWC pour la séparation des mélanges idéaux. Une approche shortcut améliorée de conception est développée pour fournir des modèles précis pour chaque section de colonnes à cloisons ; en visant à déterminer avec précision les conditions minimales de fonctionnement et au même temps à réduire au maximum la différence entre les compositions des courants d'interconnexion du pré- fractionnateur et celles de la colonne principale. Les résultats de la validation de la méthode shortcut par une simulation rigoureuse indiquent que cette méthode pourrait fournir beaucoup plus de précision dans le calcul des compositions des flux d'interconnexion entre le pré- fractionnateur et la colonne principale que celles des autres méthodes. En pratique, cette méthode a été appliquée à un cas réel de séparation de gaz de pétrole liquéfié (GPL) dans un complexe industriel algérien, et il a été prouvé que la colonne DWC est une colonne alternative très avantageuse pour le complexe industriel. La problématique de séparation des systèmes non-idéaux est traitée dans la deuxième partie de ce travail de thèse. L’intérêt des travaux présentés a été d’établir une méthodologie de conception automatisée sur VBA et généralisée pour la séparation des mélanges azéotropique de type 1.0-1(a). La méthode de conception est exécutée par des calculs rigoureux en utilisant le langage de programmation VBA basés uniquement sur les valeurs des constantes d’équilibres (ki) des constituants du mélange dans les cotés du simplexe de composition, et les équations de point de déférence (DPE). Les résultats de la simulation rigoureuse effectuée sous ProSim Plus ont prouvé la fiabilité de la nouvelle méthode proposée. Mots-clés Colonne à cloison, distillation extractive, composition des courants d’interconnexion, mode de séparation, équations de point de déférence, conception et simulation. Abstract Abstract The design of a sustainable and energy saving distillation system is a big challenge in the industrial and chemical engineering field. To address this issue, one of the most promising solutions is the so-called dividing wall columns (DWC) addressed in this work, which can not only reduce the energy cost but also use limited installation space. This thesis deals in its first part with the design of the DWC columns for separation of ideal mixtures. An improved shortcut design approach is developed to provide accurate models for each section of dividing wall columns; which allows accurate determination of the minimum operating conditions and at the same time minimize the difference between the compositions of the interlinking streams of the pre-fractionator and those of the main column. The validation of the shortcut method by a rigorous simulation indicates that this method could provide much more accuracy of average interconnecting stream composition of the pre-fractionator and main column than those of other methods. In practice, this method has been applied to a case of liquefied petroleum gas (LPG) separation in an industrial Algerian plant. It has been proven that the DWC is a very advantageous alternative for the industrial application. The problem of separation of non-ideal mixtures is dealt with in the second part of this thesis. The interest of the work presented was to establish an automated and general design methodology for the separation of azeotropic mixtures of type 1.0-1(a). The design method is executed by rigorous calculations using the VBA programming language, based only on the equilibrium constants (ki) values of the components of the mixture in the sides of the composition simplex, and the deference point equations (DPE). The obtained results of the rigorous simulation using ProSim Plus proved the reliability of the proposed method. Keywords Dividing wall column, extractive distillation, interlinking streams compositions, separation mode, deference point equations, design and simulation. Table des matières Titre Page Introduction générale ......................................................................................................................1 Références bibliographiques ........................................................................................................4 Chapitre 1. Fondamentaux : Quelques rappels thermodynamiques sur les équilibres liquide - vapeur et leur représentation graphique ......................... ...................................... ...................7 1.1. Introduction ..................................................................................................................... 8 1.2. Rappels sur la thermodynamique des équilibres entre phases ....................................... 8 1.2.1. Grandeurs et relations fondamentales .................................................................. 8 1.2.2. Equilibre liquide-vapeur ....................................................................................... 10 1.2.3. Modèles thermodynamiques pour le calcul des équilibres entre phases …......… 12 1.2.3.1. Equations d’état ......................................................................................... 12 1.2.3.2. Modèles de coefficient d’activité ............................................................... 13 1.2.4. Problématique de la séparation des mélanges .................................................... 16 1.2.4.1. Volatilité relative ........................................................................................ 16 1.2.4.2. Non idéalité des mélanges ......................................................................... 16 1.3. Courbe de résidu et autres méthodes graphiques de conception ................................. 19 1.3.1. Courbe de résidu .................................................................................................. 19 1.3.1.1. Définition et utilité ..................................................................................... 19 1.3.1.2. Frontières et régions de distillation ........................................................... 21 1.3.1.3. Classification des diagrammes ternaires .................................................... 22 1.3.2. Description du profil de composition ................................................................... 25 1.3.2.1. Section de colonne ..................................................................................... 25 1.3.2.2. L'équation du point de différence .............................................................. 26 1.3.2.3. Profils de composition ................................................................................ 27 1.4. Conclusion ...................................................................................................................... 28 1.5. Références bibliographiques .......................................................................................... 29 Chapitre 2. Etat de l’art des colonnes de distillation à cloison(s) DWCs ................ ............... 33 2.1. Introduction ................................................................................................................... 34 2.2. Arrangements thermiquement couplés ......................................................................... 34 2.2.1. Colonne de Petlyuk .............................................................................................. 36 uploads/Science et Technologie/ thesis1-pdf.pdf