Etude cinétique et modélisation de l'alkylation de l'isobutane par les butènes sur catalyseurs solides PDF Download
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Author: Jérôme Pater
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Languages : fr
Pages : 191
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Book Description
L'ALKYLATION ISOBUTANE/BUTENES PERMET D'OBTENIR UN MELANGE D'ALCANES C#8 RAMIFIES DE TRES BON INDICE D'OCTANE. CETTE REACTION, CATALYSEE EN RAFFINERIE PAR DES SOLUTIONS ACIDES CORROSIVES ET POLLUANTES (HF OU H#2SO#4), PEUT AUSSI ETRE REALISEE SUR DES CATALYSEURS ACIDES SOLIDES SANS DANGER POUR L'ENVIRONNEMENT. MALHEUREUSEMENT, CES CATALYSEURS SOLIDES SE DESACTIVENT ENCORE TROP RAPIDEMENT POUR ETRE UTILISES INDUSTRIELLEMENT. LA REACTION A ETE ETUDIEE EN REACTEUR A LIT FIXE ET EN PHASE LIQUIDE SUR TROIS CATALYSEURS SOLIDES (DEUX ZEOLITHES TRIDIMENSIONNELLES A LARGES PORES, H-FAU ET H-BEA, ET L'ACIDE TRIFLIQUE SUPPORTE SUR SILICE, CF#3SO#3H/SIO#2) POUR DIFFERENTS RAPPORTS ISOBUTANE/BUTENES. L'ANALYSE DES PRODUITS (N-BUTANE, TRIMETHYLPENTANES, DIMETHYLHEXANES, ALCANES LEGERS (C#5C#7), PRODUITS LOURDS (C#9C#1#3) ET COKE (ALCENES BICYCLIQUES)) EN FONCTION DU TEMPS DE REACTION ET DU TEMPS DE CONTACT ET LE BILAN MATIERE EFFECTUE SUR LES BUTENES ONT PERMIS DE MONTRER L'INFLUENCE DU CATALYSEUR SUR LE MECANISME REACTIONNEL (ALKYLATION, AUTOALKYLATION, OLIGOMERISATION, CRAQUAGE, TRANSFERT D'HYDRURE). L'ACIDE TRIFLIQUE EST LE CATALYSEUR LE PLUS ACTIF ET LE PLUS SELECTIF POUR LA FORMATION DES TRIMETHYLPENTANES. LE MAUVAIS COMPORTEMENT DES ZEOLITHES PROVIENT D'UNE FORMATION EXCESSIVE DE PRODUITS LOURDS ET DE COKE DUE A LA GRANDE ACTIVITE OLIGOMERISANTE DE LEURS SITES ACIDES ET TRES CERTAINEMENT A DES LIMITATIONS DANS LA DESORPTION DES PRODUITS. UN MODELE CINETIQUE SIMPLE BASE SUR DES REACTIONS ELEMENTAIRES ET UN AUTRE MODELE PLUS COMPLEXE TENANT COMPTE DES REACTIONS DE SURFACE (VIA DES IONS CARBENIUM) ONT ETE DEVELOPPES. UN BON ACCORD EST OBTENU ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES VALEURS CALCULEES. TOUTEFOIS, SI LES CONSTANTES CINETIQUES PERMETTENT UNE COMPARAISON QUANTITATIVE DES MODES D'ACTIONS DES CATALYSEURS, LES HYPOTHESES SIMPLIFICATRICES (PAS DE DESACTIVATION, NON REVERSIBILITE DE CERTAINES ETAPES,) LIMITENT LEUR UTILISATION POUR LA COMPREHENSION DES MECANISMES DE REACTION.
Author: Jérôme Pater
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L'ALKYLATION ISOBUTANE/BUTENES PERMET D'OBTENIR UN MELANGE D'ALCANES C#8 RAMIFIES DE TRES BON INDICE D'OCTANE. CETTE REACTION, CATALYSEE EN RAFFINERIE PAR DES SOLUTIONS ACIDES CORROSIVES ET POLLUANTES (HF OU H#2SO#4), PEUT AUSSI ETRE REALISEE SUR DES CATALYSEURS ACIDES SOLIDES SANS DANGER POUR L'ENVIRONNEMENT. MALHEUREUSEMENT, CES CATALYSEURS SOLIDES SE DESACTIVENT ENCORE TROP RAPIDEMENT POUR ETRE UTILISES INDUSTRIELLEMENT. LA REACTION A ETE ETUDIEE EN REACTEUR A LIT FIXE ET EN PHASE LIQUIDE SUR TROIS CATALYSEURS SOLIDES (DEUX ZEOLITHES TRIDIMENSIONNELLES A LARGES PORES, H-FAU ET H-BEA, ET L'ACIDE TRIFLIQUE SUPPORTE SUR SILICE, CF#3SO#3H/SIO#2) POUR DIFFERENTS RAPPORTS ISOBUTANE/BUTENES. L'ANALYSE DES PRODUITS (N-BUTANE, TRIMETHYLPENTANES, DIMETHYLHEXANES, ALCANES LEGERS (C#5C#7), PRODUITS LOURDS (C#9C#1#3) ET COKE (ALCENES BICYCLIQUES)) EN FONCTION DU TEMPS DE REACTION ET DU TEMPS DE CONTACT ET LE BILAN MATIERE EFFECTUE SUR LES BUTENES ONT PERMIS DE MONTRER L'INFLUENCE DU CATALYSEUR SUR LE MECANISME REACTIONNEL (ALKYLATION, AUTOALKYLATION, OLIGOMERISATION, CRAQUAGE, TRANSFERT D'HYDRURE). L'ACIDE TRIFLIQUE EST LE CATALYSEUR LE PLUS ACTIF ET LE PLUS SELECTIF POUR LA FORMATION DES TRIMETHYLPENTANES. LE MAUVAIS COMPORTEMENT DES ZEOLITHES PROVIENT D'UNE FORMATION EXCESSIVE DE PRODUITS LOURDS ET DE COKE DUE A LA GRANDE ACTIVITE OLIGOMERISANTE DE LEURS SITES ACIDES ET TRES CERTAINEMENT A DES LIMITATIONS DANS LA DESORPTION DES PRODUITS. UN MODELE CINETIQUE SIMPLE BASE SUR DES REACTIONS ELEMENTAIRES ET UN AUTRE MODELE PLUS COMPLEXE TENANT COMPTE DES REACTIONS DE SURFACE (VIA DES IONS CARBENIUM) ONT ETE DEVELOPPES. UN BON ACCORD EST OBTENU ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES VALEURS CALCULEES. TOUTEFOIS, SI LES CONSTANTES CINETIQUES PERMETTENT UNE COMPARAISON QUANTITATIVE DES MODES D'ACTIONS DES CATALYSEURS, LES HYPOTHESES SIMPLIFICATRICES (PAS DE DESACTIVATION, NON REVERSIBILITE DE CERTAINES ETAPES,) LIMITENT LEUR UTILISATION POUR LA COMPREHENSION DES MECANISMES DE REACTION.
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Author: Jorge Maximiliano Martinis Coll
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Complex reaction kinetics of the solid acid alkylation of isobutane with butenes over a proton exchanged Y-zeolite has been modeled at the elementary step level. Starting with a computer algorithm that generated the reaction network based on the fundamentals of the carbenium ion chemistry, the formation of over 100+ product species has been modeled in order to gain understanding of the underlying phenomena leading to rapid catalyst deactivation and product selectivity shifts observed in experimental runs. An experimental investigation of the solid acid alkylation process was carried out in a fixed bed catalytic reactor operating with an excess of isobutane under isothermal conditions at moderate temperatures (353-393 K) in liquid phase. Experimental data varying with run-time for a set of butene space-times and reaction temperatures were collected for parameter estimation purposes. A kinetic model was formulated in terms of rate expressions at the elementary step level including a rigorous modeling of deactivation through site coverage. The single event concept was applied to each rate coefficient at the elementary step level to achieve a significant reduction in the number of model parameters. Based on the identification of structural changes leading to the creation or destruction of symmetry axes and chiral centers in an elementary step, formulae have been developed for the calculation of the number of single events. The Evans-Polanyi relationship and the concept of stabilization energy were introduced to account for energy levels in surface-bonded carbenium ions. A novel functional dependency of the stabilization energy with the nature of the carbenium ion and the carbon number was proposed to account for energy effects from the acid sites on the catalyst. Further reductions in the number of parameters and simplification of the equations for the transient pseudohomogeneous one-dimensional plug-flow model of the reactor were achieved by means of thermodynamic constraints. Altogether, the single event concept, the Evans-Polanyi relationship, the stabilization energy approach and the thermodynamic constraints led to a set of 14 parameters necessary for a complete description of solid acid alkylation at the elementary step level.
Author: GUILLAUME.. CLET
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Languages : fr
Pages : 189
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L'ALKYLATION DE L'ISOBUTANE PAR LES BUTENES FOURNIT DES HYDROCARBURES A HAUT INDICE D'OCTANE, LES TRIMETHYLPENTANES (TMP). LES PROCEDES ACTUELS UTILISENT COMME CATALYSEURS DES ACIDES MINERAUX LIQUIDES TRES POLLUANTS. COMME LA REACTION DOIT ETRE REALISEE A BASSE TEMPERATURE (0-50C), LES CATALYSEURS SOLIDES SUSCEPTIBLES DE REMPLACER LES ACIDES LIQUIDES DOIVENT ETRE TRES ACTIFS ET TRES SELECTIFS. NOUS AVONS TESTE LES ALUMINES CHLOREES COMME CATALYSEURS POUR CETTE REACTION. DEUX MODES DE CHLORATION, PAR CCL#4 OU PAR HCL, ONT ETE DEVELOPPES POUR OBTENIR DES CATALYSEURS ACTIFS A 0C. CEPENDANT, ILS NE SONT PAS TOTALEMENT SELECTIFS CAR, EN PLUS DES TMP ATTENDUS, ILS PRODUISENT AUSSI DES ALCANES LEGERS. DE PLUS, LEUR DESACTIVATION EST RAPIDE. L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE REACTION SUR L'ACTIVITE ET LA SELECTIVITE A ETE DETERMINEE. EN ETUDIANT LES REACTIONS PARALLELES, ON A VERIFIE QUE LES ALUMINES CHLOREES CATALYSAIENT LE CRAQUAGE DU 224-TMP ET L'OLIGOMERISATION DU BUTENE. ON ATTRIBUE DONC LES PRODUITS LEGERS AU CRAQUAGE DES TMP FORMES APRES ALKYLATION ET A LA DISSOCIATION DES MOLECULES PLUS LOURDES FORMEES PAR OLIGOMERISATION. CETTE DERNIERE REACTION EST SUPPOSEE ETRE A L'ORIGINE DE LA DESACTIVATION. L'IMPORTANCE DU CRAQUAGE PEUT ETRE DIMINUEE EN AJOUTANT DES CATIONS METALLIQUES A L'ALUMINE AVANT CHLORATION. LE LITHIUM EN PARTICULIER DIMINUE LE CRAQUAGE ET AUGMENTE LA STABILITE DU CATALYSEUR. PAR DESORPTION EN TEMPERATURE PROGRAMMEE DES CATALYSEURS CHLORES ENVIRON 80 MOL/G DE HCL SONT LIBEREES DES 150C. D'APRES LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE, LES SITES DE LEWIS FORMES DANS LES PREMIERES PHASES DE LA CHLORATION PEUVENT FIXER DES MOLECULES HCL LABILES ET SE TRANSFORMENT AINSI EN SITES DE BRONSTED. L'AJOUT DE METAL NE MODIFIE PAS LA QUANTITE DE SITES DE BRONSTED MAIS AFFECTE LA DENSITE DE SITES DE LEWIS. ON CONCLUT DONC QUE L'ALKYLATION NECESSITE L'INTERVENTION DE SITES DE BRONSTED. LE CRAQUAGE EST CATALYSE PAR DES SITES DE LEWIS FORTS COMBINES A DES SITES DE BRONSTED.
Author: Sylvie Latieule
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Pages : 201
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LA REACTION D'ALKYLATION ISOBUTANE/BUTENE-1 A ETE ETUDIEE A BASSE TEMPERATURE, EN UTILISANT UN CATALYSEUR A BASE D'ACIDE SULFURIQUE CONCENTRE, DEPOSE SUR SILICE. L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DE LA REACTION CONSTITUE LE PREMIER CHAPITRE DE CETTE THESE. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE AUX ASPECTS MECANISTIQUES DE LA REACTION, AUX CATALYSEURS D'ALKYLATION ET AUX PROCEDES INDUSTRIELS. LES THEMES SUIVANTS SONT DEVELOPPES DANS LA DEUXIEME PARTIE: ACTIVITE CATALYTIQUE, MISE EN EVIDENCE DU ROLE DES SULFATES DE BUTYLE ET ETUDES CINETIQUES. LE SECOND CHAPITRE PRESENTE LE SYSTEME CATALYTIQUE UTILISE ET DECRIT LES MODES OPERATOIRES. LE CHAPITRE III PROPOSE UN MECANISME POUR L'ETAGE D'INITIATION DU CATALYSEUR, A L'ISSUE D'UNE ETUDE SUR LE ROLE DES SULFATES DE BUTYLE SECONDAIRES ET TERTIAIRES. LE CHAPITRE IV DEMONTRE QUE LA REACTION CINETIQUEMENT LIMITANTE DE L'ALKYLATION EST UNE REACTION DE VOLUME PENDANT LA PERIODE D'INITIATION ET UNE REACTION INTERFACIALE A L'ETAT DE REGIME. LE CHAPITRE V EST CONSACRE A L'EFFET DE L'ACIDITE SUR LA SELECTIVITE DE L'ALKYLAT. UNE MODELISATION PERMETTANT DE PREVOIR LA SELECTIVITE EN TRIMETHYLPENTANES, A T = -5C, POUR UNE LARGE GAMME DE GRANULOMETRIES ET DE COMPOSITIONS DE PHASE ACIDE, EST PROPOSEE. L'EFFET DE L'ACIDITE SUR LES REACTIONS SECONDAIRES DE DEGRADATION DE L'ALKYLAT A EGALEMENT ETE EVOQUE, DANS LE CADRE D'UNE ETUDE CINETIQUE SUR LA DEGRADATION DU TRIMETHYLPENTANE-2,2,4
Author: Frédéric Cardona
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Languages : fr
Pages : 145
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L'ALKYLATION DE L'ISOBUTANE PAR LES BUTENES EST UNE REACTION TRES IMPORTANTE DU RAFFINAGE DU PETROLE QUI PERMET D'OBTENIR UNE COUPE D'ESSENCE DE BON INDICE D'OCTANE. PAR SUITE DE LA SUPPRESSION DU PLOMB DANS LES ESSENCES, CE PROCEDE DOIT PRENDRE UNE IMPORTANCE CROISSANTE SI TOUTEFOIS ON PEUT SUBSTITUER AUX CATALYSEURS POLLUANTS ET CORROSIFS UTILISES ACTUELLEMENT (HF, H#2SO#4) DES CATALYSEURS ACIDES SOLIDE. DU POINT DE VUE APPLIQUE, L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE PRECISER L'INTERET DES ZEOLITHES COMME CATALYSEURS D'ALKYLATION. DU POINT DE VUE FONDAMENTAL IL S'AGIT DE COMPRENDRE LE MECANISME DE L'ALKYLATION ET LES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DE CATALYSEURS ACTIFS, STABLES ET SELECTIFS POUR CETTE REACTION. UN MELANGE COMPLEXE D'ISOALCANES C#5-C#1#2 EST OBTENU LORS DE L'ALKYLATION DE L'ISOBUTANE PAR LE BUTENE-2. LES PRODUITS RESULTENT DE CINQ TYPES DE REACTIONS: ALKYLATION DE L'ISOBUTANE PAR LES BUTENES, AUTOALKYLATION DE L'ISOBUTANE, DIMERISATION DU BUTENE, OLIGOMERISATION D'OLEFINES ET CRAQUAGE DES PRODUITS LOURDS FORMES. L'INFLUENCE DU TEMPS DE CONTACT SUR LA DISTRIBUTION DES PRODUITS PERMET DE CLASSER CEUX-CI EN PRODUITS PRIMAIRES ET SECONDAIRES. LES PRODUITS PRIMAIRES ATTENDUS DES REACTIONS D'ALKYLATION ET DE DIMERISATION SONT ACCOMPAGNES D'AUTRES PRODUITS RESULTANT D'UNE ISOMERISATION RAPIDE DES CARBOCATIONS INTERMEDIAIRES. LE TRANSFERT D'HYDRURE EST L'ETAPE CINETIQUEMENT LIMITANTE DE LA FORMATION DE TOUS LES PRODUITS. L'ACTIVITE ET LA SELECTIVITE DES ZEOLITHES Y SONT D'AUTANT PLUS ELEVEES QUE LA DENSITE DE LEURS SITES ACIDES EST PLUS ELEVEE. A ACIDITE COMPARABLE, LA ZEOLITHE BETA EST PLUS ACTIVE MAIS MOINS SELECTIVE QU'UNE ZEOLITHE Y. LE CHLORURE DE TERTIOBUTYLE ET LE METHYLCYCLOHEXANE ADDITIONNES EN FAIBLE QUANTITE ONT UN EFFET POSITIF SUR LA SELECTIVITE DE L'ALKYLATION. SI LES ZEOLITHES CATALYSENT L'ALKYLATION, LEUR ACTIVITE ET LEUR STABILITE SONT POUR L'INSTANT INSUFFISANTES POUR UNE APPLICATION INDUSTRIELLE. ON PEUT TOUJOURS ESPERER AMELIORER LEURS PROPRIETES CATALYTIQUES PAR DES AJOUTS A LA CHARGE OU PAR DES MODIFICATIONS DE LEUR ACIDITE
Author: JEAN-LUC.. POIRIER
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Languages : fr
Pages : 170
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LA REACTION D'UN MELANGE D'ISOBUTANE ET D'ETHYLENE MAINTENU LIQUIDE A ETE ETUDIEE EN PRESENCE DE DIVERSES ALUMINES CHLOREES. L'INFLUENCE DES PARAMETRES DE REACTION, TEMPERATURE, DILUTION, TEMPS DE PASSAGE A ETE EXAMINEE. L'ALKYLAT CONTIENT UNIQUEMENT DES ALCANES. LE CATALYSEUR INITIALEMENT TRES ACTIF SE DESACTIVE ENSUITE PROGRESSIVEMENT. A UNE TEMPERATURE PROCHE DE 0C ET A DILUTION ELEVEE EN ETHYLENE, LES HEXANES SONT LES PRODUITS MAJORITAIRES, LE COMPLEMENT ETANT CONSTITUE ESSENTIELLEMENT DES OCTANES. LA SELECTIVITE POUR LES PARAFFINES BRANCHEES EST ELEVEE. LA REACTION DE MONOALKYLATION EST PREPONDERANTE ET CONDUIT AU 2,3-DIMETHYLBUTANE. DES TRIMETHYLPENTANES ET DIMETHYLHEXANES SONT OBTENUS EN QUANTITES EQUIVALENTES PAR ALKYLATIONS SUCCESSIVES. CETTE SELECTIVITE PARTICULIERE AMENE A PROPOSER UN NOUVEAU MECANISME PAR ION CARBONIUM CYCLOPROPANIQUE. FAVORISEE PAR L'ELEVATION DE LA TEMPERATURE DE REACTION ET UNE FORTE CONCENTRATION EN ETHYLENE, L'OLIGOMERISATION QUI EST A L'ORIGINE DES ALCANES SUPERIEURS PEUT ETRE PREPONDERANTE SUR CATALYSEUR VIEILLI ET SUR CERTAINS CATALYSEURS. LES SITES ACIDES FORTS NECESSAIRES A LA REACTION D'ALKYLATION ISOMERISENT LES PRODUITS PRIMAIRES D'ALKYLATION ET CRAQUENT LES ALCANES SUPERIEURS. L'OLIGOMERISATION NECESSITE UNE FORCE DES SITES MOINDRE QUE L'ALKYLATION. UNE CARACTERISTIQUE ESSENTIELLE DU CATALYSEUR ALUMINE CHLOREE EST SA CAPACITE A INDUIRE LE TRANSFERT D'HYDROGENE
Author: Pierre-Yves Gayraud
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Languages : fr
Pages : 128
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Notre étude concerne la réaction d'alkylation de l'isobutane par les butènes en phase liquide. Nous avons utilisé deux types de catalyseurs solides acides, des sels alcalins d'hétéropolyacide de type Keggin, (H3PW12O40) et une zircone sulfatée. Nous montrons que la sélectivité de la réaction est étroitement liée à la température de prétraitement du catalyseur. La caractérisation de l'acidité au moyen d'une réaction test (isomérisation du n-C4), par RNM du proton et par absorption de molécules sondes suivies par IR, montre que l'augmentation de la température de prétraitement ne modifie pas la nature des sites acides mais augmentent leur force. La présence de sites acides forts oriente la sélectivité vers la formation des triméthylpentanes et des produits de craquage. En présence de sites plus faibles, la dimérisation de l'oléfine, réaction secondaire, est prépondérante. Par ailleurs, l'optimisation des conditions opératoires montre que l'hétéropolyacide est plus sélectif que la zircone sulfatée en triméthylpentanes, ce que nous attribuons à une densité plus faible de sites acides et à sa microporosité. L'optimisation de la composition de l'hétéropolyacide a révélé le rôle majeur de la densité des sites acides. La stabilité du catalyseur est sensiblement accrue en présence d'une faible densité de sites acides forts, contribuant à limiter la dimérisation du butène, responsable de la désactivation du catalyseur. Par ailleurs, un hétéropolyacide de composition "optimale" a été testé, en autoclave, en présence des réactifs en phase supercritique. Alors qu'au voisinage du point critique la composition de l'alkylat est très proche de celle obtenue en phase liquide à haute température, nous observons une amélioration de la qualité de l'alkylat lorsque la densité du fluide supercritique est augmentée dans des conditions isothermes. Cependant cette augmentation ne compense pas l'effet négatif de l'utilisation de hautes températures nécessaires pour atteindre l'état supercritique.
Author: Chin-Huang Liang
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Category : Alkylation
Languages : en
Pages : 201
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Author: Gérard Scacchi
Publisher: Lavoisier
ISBN: 2743013923
Category : Catalysis
Languages : fr
Pages : 713
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Book Description
Fruit de l'expérience des auteurs au sein du module d'enseignement Systèmes réactifs et procédés industriels de l'Ensic, École nationale supérieure des industries chimiques, de Nancy, ce manuel rassemble les notions fondamentales de cinétique et de catalyse nécessaires aux ingénieurs chimistes ou de génie chimique. Le plan général de Cinétique et catalyse suit la démarche logique du cinéticien : - mesure de la vitesse, - détermination de la loi de vitesse, - élucidation du mécanisme réactionnel homogène et/ou hétérogène. Complémentaire - mais indépendant- de Génie de la réaction chimique du Pr J. Villermaux, cet ouvrage fournit aux élèves ingénieurs et étudiants des 2ème et 3ème cycles universitaires des exemples nombreux et variés. Dans cette nouvelle édition, un chapitre a été ajouté, il traite de la modélisation cinétique des réactions complexes en phase gazeuse, telles qu'on les rencontre actuellement, entre autres dans tous les phénomènes de combustion et en chimie atmosphérique (formation des polluants, destruction de la couche d'ozone, changements climatiques, ). Interviennent dans cette modélisation, des méthodes informatiques de conception automatique de mécanismes réactionnels et de simulation numérique ainsi que des méthodes d'estimation de grandeurs thermodynamiques ou cinétiques basées sur des approches semi-empiriques ou dérivées de la chimie quantique. Ce chapitre montre, ainsi, comment les concepts fondamentaux, présentés dans les premiers chapitres, peuvent être utilisés pour aborder la modélisation cinétique des réactions complexes en phase gazeuse, d'intérêt industriel.
