[Home bibliotech]
Home > Les thèses en ligne de l'INP

Contribution à l'étude de la transestérification de l'acétate de méthyle par distillation réactive

Bonet, Jordi (2006) Contribution à l'étude de la transestérification de l'acétate de méthyle par distillation réactive. (Contribution to the study of the methyl acetate transesterification by reactive distillation.)

Full text available as:

PDF - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
4.43 Mo

Abstract

Le PVA est un polymère non inflammable, non toxique et biodégradable.malheureusement, sa réaction principale de synthèse produit un haut débit de résidu qui à niveau du monde devient plusieurs millions de tonnes annuelles. Le résidu est un mélange azéotropique du méthanol et acétate de méthyle, étant l'acétate de méthyle au tour des 80 % en poids. Le méthanol est un réactif utilisé dans la synthèse du PVA et par la réaction de l'acétate de méthyle avec constituants qui sont donneurs de groupes alcool, on peut enrichir en méthanol la courant résiduelle. L'utilisation de l'éthanol comme réactif semble la meilleure alternative parce que sa réaction avec l'acétate de méthyle produise méthanol et acétate d'éthyle. Le méthanol peut être recyclé pour synthétiser plus de PVA et l'acétate d'éthyle est un solvant organique commercialisable. Le mélange du produit de la transesterification de l'acétate de méthyle avec l'éthanol a quatre azeotropes : acétate de méthyle / méthanol ; acétate d'éthyle / éthanol ; acétate deméthyle /éthanol et acétate d'éthyle / méthanol. Les deux derniers réagissent entre euxet disparaîtrent quand on utilise la distillation réactive. La constante d'équilibre chimique de la transesterification avec éthanol n'est pas très favorable vers la formationdes produits (K=0,63) mais par la combinaison de la distillation et la réaction dans le même appareil, on évite la limitation de l'avancement de la réaction due à la constante d'équilibre. A fur et mesure que la réaction génère plus de produits, ils sont enlevés du milieu réactif par la distillation et la réaction est favorisée de nouveau pour fournir plus de produits. Cet exemple semble une situation typique pour appliquer la distillation réactive, mais il y a la particularité que les deux azeotropes qui ne réagissent, restent et ne permettent pas d'avoir les produits purs dans une seule colonne. Un procédé original qui combine la réaction et un système de changement de pression, nous permet de surpasser les azeotropes réactifs et non réactifs en même temps et en utilisant seulement deux colonnes. Une méthodologie à complexité croissante est utilisée pour caractériser le système proposé qui se compose de : l'analyse infini/infini, la synthèse parun calcul plateau à plateau qui part du plateau d'alimentation en direction aux extrêmes de colonne et la conception qui utilise une fonction coût basée en les proportionnalités par rapport aux variables disponibles de l'analyse et la synthèse. Dans l'étape d'analyse on étudie la faisabilité des séparations proposées et les paramètres des courants externes des colonnes et leur interrelation par moyen des bilans de matière qui englobent les unités. Dans l'étape de synthèse, on étudie les paramètres internes de chaque colonne, en particulier nous avons déterminé l'influence du reflux sur le nombre de plateaux sous les hypothèses simplificatrices de McCabe-Thiele. Dans l'étape de conception, on évalue les paramètres externes et internes ensembles sous les considérations économiques afin de 30 trouver les valeurs optimales. Cette étape est plutôt utile pour l'étude de la pression laquelle influence toutes les autres variables du système. Pour le système de changement de pression réactif on peut souligner les aspects suivants qui sont en plus de détail dans la thèse : Le système a deux dégrés de liberté quand il est opéré à débit de reflux infini. Les compositions des deux pieds de colonnes sont fixées par le bilan global de matière, en conséquence on ne peut pas manipuler les deux débits des pieds de colonne indépendamment et une stratégie de contrôle qui les manipule n'est pas du tout correcte. Les variables proposées pour l'opération sont le débit du pied de la première colonne et le débit de distillat de la deuxième. On peut réguler la pureté des deux produits avec le débit de la première colonne et fixer le débit du distillat de la deuxième colonne à une valeur performant constant peut être une stratégie de contrôle plausible. Si les deux variables d'opération sont fixées et le débit de distillat de la deuxième colonne est plus grand que le minimum, le système présente plusieurs solutions faisables parce que l'acétate de méthyle enfermé dans le système produise un dégrée de liberté qui n'est pas manipulable pendant l'opération en régime permanent. Sa valeur vienne fixé pendant les conditions initiales du démarrage. Quand les pressions des deux colonnes sont proches, un incrément de la pression produit une rapide diminution du débit de recyclage. Quand la différence entre les deux pressions est importante alors il continue de diminuer, mais unevariation de la pression a une faible influence sur le débit de recyclage. Nous rappelons que plus la différence de pressions est importante, plus le reflux minimal doit être important ; mais si on considère la diminution du débit de distillat alors le débit de vapeur aussi diminue et en conséquence les coûts d'opération. A plus différence de pressions, le nombre de plateaux et l'épaisseur des murs de la colonne sont plus grands et en conséquence les coûts d'investissement. La plupart des coûts sont produits par la première colonne. Si on représente les coûts en fonction de la pression, on distingue trois régions : dans la première région, la différence de pressions est petite et dominent les coûts d'opération qui diminuent rapidement. Une deuxième zone correspond au minimum qui est en plateau à cause de la compensation des coûts d'opération et d'investissement. Dans la troisième région, les coûts d'investissement sont prédominants, ces coûts incrémentent doucement en comparaison avec la première région. D'autres aspects développés dans la thèse sont l'étude des données expérimentaux des équilibres liquide- apeur du système, la comparaison de l'alternative proposée avec les autres alternatives et la vérification des résultats est obtenue par simulation rigoureuse avec ProSim Plus. ABSTRACT : The PVA is a non flammable, non toxic and biodegradable polymer but its synthesis reaction generates methyl acetate which is collected as a residue at its azeotropic composition with one of the reactants: the methanol. Several millions tons of residue are collected each year around the world. The residue contains around 80 % weight in methyl acetate but it can be enriched in methanol by reaction with alcohol donors. The ethanol seems the best alternative because its reaction with the methyl acetate produces methanol and ethyl acetate which is a commercial solvent. The obtained mixture by methyl acetate transesterification with ethanol contains four azeotropes. The components of two of the azeotropes reacts each other and overcomes the azeotrope in a reactive distillation. The reactive distillation is also able to overcome the limitations produced by the small equilibrium constant value. This is the typical situation to use the reactive distillation but there are two non reactive azeotropes remaining. An original process which combines the reaction and a pressure swing distillation is able to overcome the reactive and non reactive azeotropes at the same time with only two columns. The next fast to rigorous methodology is used: infinite/infinite analysis, stage by stage calculation from the feed to the column boundaries at the synthesis and a cost function based on proportionalities on the variables calculated previously at the conception. The feasibility and the characterization of the streams outside the columns is performed at the analysis; the characterization of the parameters inside each column is performed at the synthesis, the reflux influence on the number of stages is the main goal of the synthesis; the parameters with an influence on the overall process like the pressure are evaluated under economical considerations at the conception. It is proposed to fix the recycle streamflow rate and control the product purities with the first column bottoms flow rate. There is a degrees of freedom corresponding to the methyl acetate trapped inside the system which can not be manipulated at steady state. The cost function in front of the pressure can be divided in three regions. The cost diminishes abruptly in front of the pressure at the first region where the cost is dominated by operation costs. The operational cost depends mainly on the recycled stream flow rate. The second region corresponds to the optimum which is a wide and flat region because the variation of the operational cost is compensated by the investment cost. The cost increases slowly at the third region where the cost is dominated by the investment costs. The investment cost depends mainly on the number of stages and the thickness of the walls.

Other Institution (co-tutelle):Universitat de Barcelona
Department:Laboratoire de Génie Chimique - LGC (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Meyer, Michel and Meyer, Xuân Mi and Galan, Maribel and Costa, Jose
Uncontrolled Keywords:Distillation réactive - Equilibres liquide-vapeur – Analyse – Synthèse – Conception - Alcool de polyvinyle (PVA) - Acétate de méthyle - Système de changement de pression réactif. KEYWORDS : Reactive distillation – VLE – Analysis – Synthesis – Conception – PVA – Reactive pressure swing.
Subjects:Process engineering > Process and environmental engineering
Deposited On:04 October 2007

Archive Staff Only: edit this record


Contacts | Infos légales | Plan du site | Intranet

(c)INP de Toulouse 2012 - Tous droits réservés. -  INP Communication