Contribution à l’étude des systèmes binaires contenant des lévulinates d’alkyle et d’alcools (contribución al estudio de los sistemas binarios conteniendo levulinatos de alquilo y alcoholes))
- Autores: Raouia Abidi
- Directores de la Tesis: Monia Hichri (dir. tes.), Carlos E. Lafuente Dios (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ismail Khattech (presid.), Ignacio Gascón Sabate (secret.), Emna Selmane (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Física por la Universidad de Zaragoza
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Zaguán
- Resumen
Les propriétés thermodynamiques des liquides purs et des mélanges liquides s’avèrent intéressantes pour les chimistes comme ils sont un outil clé dans plusieurs industries : pétrolières, pharmaceutiques, d’arômes et de parfums. De même, ces propriétés sont utilisées dans la conception des équipements industriels avec une meilleure précision, dans l’interprétation de la nature des forces des interactions intermoléculaires et de géométrie des molécules constitutives de la solution et aussi dans la prédiction des propriétés de mélanges similaires.
L’apport de la thermodynamique, et plus particulièrement les grandeurs thermodynamiques d’excès qui présentent la déviation par rapport à l’idéalité est un excellent moyen qualitatif d’obtenir des informations sur la structure moléculaire et les forces intermoléculaires dans les solutions. En fait, elles sont indispensables pour permettre la modélisation précise des procédés industriels, en particulier des opérations deséparation (pétrochimie, métallurgie extractive, industrie alimentaire...). Cependant, les méthodes expérimentales ne sont pas toujours faciles à réaliser, d’où l’importance de l’établissement de modèles thermodynamiques numériques adéquats. Le recours à la modélisationnumérique offre un gain de temps remarquable et par conséquence nous aide à minimiser les couts.
Le développement des énergies renouvelables afin de réduire la pollution de l’air et la dépendance au pétrole prend de l’ampleur de jour en jour. La production des biocarburants dérivés de la biomasse a également attiré l’attention de plusieurs recherches. Les lévulinates d’alkyle synthétisés à partir de l’estérification de l’acide lévulinique avec du n-alcool, où l’acide lévulinique est produit à partir de la biomasse, ils sont considérés comme un produit chimique prometteur à valeur ajoutée qui a le potentiel d’être utilisé dans de nombreux domaines.Pour explorer l’application des lévulinates d’alkyle en tant qu’additifs pour carburant, il est nécessaire d’étudier ses propriétés en tant que liquides purs et leurs mélanges avec d’autres additifs. Les alcools sont largement utilisés dans l’industrie comme solvants, réactifs et carburants. Les meilleures alternatives descarburants sont principalement le méthanol, l’éthanol, le propanol et le butanol. Ceci, revientà leurs propriétés chimiques qui se manifestent au cours de la combustion interne des moteurs.
De ce fait, nous nous sommes intéressés à la caractérisation thermo-physique des systèmes binaires formés de lévulinates d’alkyles notamment le méthyle lévulinate et l’éthyle lévulinate et les quatre premiers alcools.
Les mesures des huit propriétés physique-chimique, qui sont la masse volumique, la vitesse de son, l’indice de réfraction, la compressibilité isentropique, la viscosité, la tension superficielle et l’enthalpie de mélanges, ont été effectués pour les huit systèmes étudiés à pression atmosphérique et à trois températures différentes : T = 283,15, 298,15 et 313,15 K.
Les grandeurs thermodynamiques d’excès et leurs déviations par rapport à l’idéalité, ont été déterminées par la suite. L’enthalpie molaire d’excès des huit systèmes étudiés, ainsi que la grandeur de la masse volumique ont été attribué un modèle thermodynamique adéquat.
Au cours de ce travail, on a investigué les grandeurs de huit systèmes choisies à trois différentes températures en prenant en considération l’effet de la température et la longueur de la chaine carbonée des alcools.
Ce mémoire est composé de quatre chapitres : Dans le premier chapitre, nousprésenterons une étude bibliographique portant sur les propriétés physico-chimiques des quatre corps purs ainsi que leurs applications. Nous présentons également les différentes propriétés thermo-physiques des systèmes binaires correspondantes trouvées dans la littérature. Dans le deuxième chapitre, on détaillera les techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation expérimentales des systèmes étudiés. Le troisième chapitre exposera l’essentiel des résultats expérimentaux trouvés. Ces résultats ont été discutés en prenant en considération l’influence de plusieurs paramètres. La modélisation de l’enthalpie molaire d’excès des huit systèmes binaires investigués, ainsi que la grandeur de la masse volumique par l’équation d’état pc-SAFT fera l’objet du quatrième chapitre. On terminera ce manuscrit par une conclusion générale qui résume les différents résultats obtenus ainsi que des perspectives.
Ces chapitres sont complétés par des annexes présentés à part. Ces derniers regroupent l’ensemble des données expérimentales obtenues au cours de cette étude.
(Las propiedades termodinámicas de los líquidos puros y las mezclas líquidas son de interés para los químicos, ya que son una herramienta clave en varias industrias: petrolera, farmacéutica, de sabores y de perfumes. De igual forma, estas propiedades se utilizan en el diseño de equipos industriales con mayor precisión, en la interpretación de la naturaleza de las fuerzas de interacción intermolecular y geometría de las moléculas que constituyen la solución y también en la predicción de las propiedades de mezclas similares.
La contribución de la termodinámica, y más particularmente de las cantidades termodinámicas en exceso que presentan la desviación de la idealidad, es un medio cualitativo excelente para obtener información sobre la estructura molecular y las fuerzas intermoleculares en soluciones. De hecho, son esenciales para permitir la modelización precisa de procesos industriales, en particular operaciones de separación (petroquímica, metalurgia extractiva, industria alimentaria, etc.). Sin embargo, los métodos experimentales no siempre son fáciles de llevar a cabo, de ahí la importancia de establecer modelos termodinámicos numéricos adecuados. El uso del modelado digital ofrece un notable ahorro de tiempo y en consecuencia nos ayuda a minimizar costes.
El desarrollo de las energías renovables para reducir la contaminación del aire y la dependencia del petróleo está ganando impulso día a día. La producción de biocombustibles derivados de la biomasa también ha llamado la atención de varias investigaciones. Los levulinatos de alquilo sintetizados a partir de la esterificación del ácido levulínico con n-alcohol, donde el ácido levulínico se produce a partir de biomasa, se consideran una sustancia química prometedora de valor agregado que tiene el potencial de usarse en muchos campos. Explorar la aplicación de los levulinatos de alquilo como aditivos para combustibles, es necesario estudiar sus propiedades como líquidos puros y sus mezclas con otros aditivos. Los alcoholes se utilizan ampliamente en la industria como disolventes, reactivos y combustibles. Las mejores alternativas de combustible son principalmente metanol, etanol, propanol y butanol. Esto se reduce a sus propiedades químicas que se manifiestan durante la combustión interna de los motores.
Por lo tanto, estábamos interesados en la caracterización termofísica de sistemas binarios formados a partir de levulinatos de alquilo, en particular levulinato de metilo y levulinato de etilo y los primeros cuatro alcoholes.
Las mediciones de las ocho propiedades físico-químicas, que son la densidad, la velocidad del sonido, el índice de refracción, la compresibilidad isoentrópica, la viscosidad, la tensión superficial y la entalpía de mezclas, se realizaron para los ocho sistemas estudiados a escala atmosférica. presión y a tres temperaturas diferentes: T = 283,15, 298,15 y 313,15 K.
Luego se determinaron las cantidades termodinámicas en exceso y sus desviaciones de la idealidad. Al exceso de entalpía molar de los ocho sistemas estudiados, así como a la magnitud de la densidad se les asignó un modelo termodinámico adecuado.
Durante este trabajo investigamos las cantidades de ocho sistemas elegidos a tres temperaturas diferentes teniendo en cuenta el efecto de la temperatura y la longitud de la cadena carbonada de los alcoholes.
Esta tesis está compuesta por cuatro capítulos: En el primer capítulo presentaremos un estudio bibliográfico sobre las propiedades físico-químicas de las cuatro sustancias puras así como sus aplicaciones. También presentamos las diferentes propiedades termofísicas de los correspondientes sistemas binarios encontrados en la literatura. En el segundo capítulo, detallaremos las técnicas experimentales utilizadas para la caracterización experimental de los sistemas estudiados. El tercer capítulo presentará la esencia de los resultados experimentales encontrados. Estos resultados se discutieron teniendo en cuenta la influencia de varios parámetros. El modelado del exceso de entalpía molar de los ocho sistemas binarios investigados, así como la magnitud de la densidad mediante la ecuación de estado pc-SAFT, será el tema del cuarto capítulo. Terminaremos este manuscrito con una conclusión general que resume los diferentes resultados obtenidos así como las perspectivas.
Estos capítulos se complementan con anexos que se presentan por separado. Estos incluyen todos los datos experimentales obtenidos durante este estudio.)
