Contrôle de Réacteur de Synthèse de l'Acétate d'Éthyle

Projet MU5CI803 - Optimisation et contrôle des procédés

Contrôle de Réacteur de Synthèse de l'Acétate d'Éthyle

NOM et Prénom : ALIOUT Hayem / BENAMOKRANE Faiza  Soulef / BOUZIDI Manel / DJEBBAR Meriem / FERHI Abderrahmane

Introduction : 

L'acétate d'éthyle, aussi appelé éthanoate d’éthyle est un liquide utilisé comme solvant pour les vernis à ongles et certaines colles, en raison de sa faible nocivité et de sa volatilité importante, il est aussi utilisé dans l'industrie agroalimentaire dans certains arômes fruités.

La synthèse de l'acétate d'éthyle est une réaction d'estérification relativement simple mais hautement efficace. Elle implique la réaction entre l'éthanol (alcool) et l'acide éthanoïque (acide acétique), conduisant à la formation de l'acétate d'éthyle et d'eau comme sous-produit.

Objectif du projet :

L'objectif de ce projet est de concevoir un réacteur permettant la synthèse d'acétate d'éthyle, tout en garantissant un contrôle précis de deux paramètres essentiels : la température de la réaction et le débit des réactifs.

Réactifs utilisés :

• Éthanol (alcool)
• Acide éthanoïque (acide acétique)
  

Matériel Utilisé :

• Capteur de température 
• Détecteur de niveau (Ultrasonic Rnager)
• 2 électrovannes
• Un breadboard
• Une carte Arduino Uno
• 2 modules relais
• Tapis chauffant- Peltier 
•  Fils de connexion
• Tuyaux
• Alimentation ( 5 V pour l'arduino et 12 V pour les actionneurs )
• Support en bois

Appareils utilisés :

Découpeuse Laser

Outils manuels ( Pistolets à colle, pied à coulise..)

Outils de soudure.

Etapes de construction : 

Avant de procéder à la construction, nous avons élaboré un schéma préliminaire de notre procédé avec le système de controle associé:

Figure 1 : Schéma du Système de Contrôle

Notre système de controle comporte: 

Capteurs: Un capteur de température inclus dans le réacteur.

Actionneurs: Un système de chauffage ( Tapis Chauffant ) connecté au microcontroleur pour controler la température et deux électrovannes connectées au microcontroleur pour ajuster le débit des réactifs.

Microcontroleur: Arduino pour le traitement des données.

Mécanisme de sécurité: Un détecteur de niveau placé sur le réacteur.   

Les étapes de construction sont les suivantes:          

Etape 1 : construction du support 

Figure 2 : Etape de construction du support

Nous avons utilisé par la suite une plaque en bois de dimension : 30*30 cm.

Etape 2 : Mise en place des deux réservoirs ( l'un pour l'acide et l'autre pour l'alcool ) et du réacteur 

Les deux réservoirs utilisés en plastique, étaient troués pour faire passer les tuyaux d'alimentation du réacteur, que nous avons fixé ultérieurement.

Etape 3 : Cablage et Arduino

• Connecter le capteur de température au port numériques de l'Arduino.
• Connecter le tapis chauffant au module relais connecté à une sortie numérique de l'Arduino.
• Connecter les deux électrovannes au module relais connecté aux sorties numériques distinctes de l'Arduino pour contrôler leur fonctionnement.
• Alimenter l'Arduino avec une source d'alimentation stable.
• s'assurer que la mise à la terre (GND) de l'Arduino est connectée à la terre du système.

                                             

Figure 3 : Etapes de cablage

Ainsi, nous avons aboutti au montage suivant: 

Figure 4 : Montage du procédé 

Etape 5 : Afin de mieux visualiser la réaction, ainsi que de ne pas détruire notre montage en réalisant directement les essais avec ce dernier, nous avons effectué des essais au laboratoire, où  la réaction d'estérification est facilement réalisable:

1. Dans un Erlenmeyer, de 250 mL introduire un mélange équimolaire : 50 mL d'acide acétique et 50 mL d'éthanol.
2. Porter le mélange à 80 °C dans un dispositif de chauffage à reflux pendant 45 minutes.
3. Laisser refroidir le mélange réactionnel à l'air ambiant puis dans un bain d'eau froide.
4. Verser le contenu du ballon dans une ampoule à décanter.Agiter prudemment quelques instants en dégazant régulièrement, puis éliminer la phase aqueuse.
5. Recueillir la phase organique dans un bécher. Sécher cette phase puis filtrer.
6. Recueillir le filtrat dans un erlenmeyer propre et sec.

Figure 5 : Protocole expérimental de synthèse d'acétate d'éthyle

Etape 6 : Codes Arduino