Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les informations concernant la thermodynamique des équilibres entre phases sous pression sont essentielles en génie énergétique, car de nombreux procédés industriels fonctionnent sous pression. Beaucoup de modèles ont été proposés pour la représentation fidèle des propriétés thermodynamiques. Aujourd’hui, de nouveaux modèles thermodynamiques, encore plus précis, sont développés. Ces modèles serviront à réduire le nombre de points expérimentaux à déterminer. Ils permettront de dimensionner des unités et d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques mis en jeux.
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As many industrial processes operate under pressure, information concerning the thermodynamics of equilibria between phases under pressure is essential in energetic engineering. Many models have been offered for the true representation of thermodynamic properties. New thermodynamic models, which have an even greater level of precision are being developed. These models will help reduce the number of experimental points to determine. They will allow for the dimensioning of units and the improvement of the understanding of the physical phenomena involved.
Auteur(s)
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Christophe COQUELET : Maître-assistant à l'École des mines de Paris - Docteur de l'École des mines de Paris - Professeur agrégé de l'université ; ancien élève de l'ENS Cachan - Ingénieur ENSIACET
-
Dominique RICHON : Directeur de recherche à l'École des mines de Paris - Responsable du laboratoire CEP/TEP
INTRODUCTION
Les informations concernant la thermodynamique des équilibres entre phases sous pression sont essentielles en génie énergétique. En effet, de nombreux procédés industriels fonctionnent sous pression : traitement du gaz naturel, extraction par fluides supercritiques, procédés géologiques (séquestration), réfrigération, etc. À ce jour, beaucoup de modèles ont été proposés (corps purs et mélanges) pour la représentation fidèle des propriétés thermodynamiques, prenant en compte les comportements des différents systèmes couramment rencontrés dans le domaine industriel. Toutefois, grâce aux informations précises fournies par les expériences effectuées en laboratoire, de nouveaux modèles thermodynamiques, encore plus précis, pourront être développés. Ces modèles serviront, d'une part, à réduire le nombre de points expérimentaux à déterminer (modèles prédictifs) et, d'autre part, ils permettront d'effectuer le dimensionnement des unités et d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques mis en jeux. L'évaluation énergétique des procédés nécessite également des modèles thermodynamiques très précis. C'est à partir des modèles thermodynamiques que l'on peut évaluer et effectuer les bilans énergétiques, entropiques et exergétiques. Ainsi, on ne peut se contenter, lors du calcul d'un coefficient de performance d'un cycle de réfrigération (par exemple), d'utiliser des modèles thermodynamiques dont l'incertitude sur le calcul de la densité est trop importante. De même que l'utilisation du gaz parfait a une utilisation très limitée.
Pour plus d'informations, le lecteur pourra consulter les références Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[27] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[28] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[29] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[30] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[31] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[32] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[33] Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[34] parues dans les Techniques de l'Ingénieur (cf. Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[Doc BE 8 030]).
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VERSIONS
- Version courante de sept. 2020 par Salaheddine CHABAB, Patrice PARICAUD, Christophe COQUELET
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Calcul de la tension de vapeur5. Équations du viriel
Le coefficient de compressibilité, Z, peut être développé en série autour du point où le fluide réel et le gaz parfait se confondent : nous avons ainsi un développement du viriel :
( 36 )
Les coefficients B, C, D, sont, pour un corps pur, des fonctions de la température. En 1973, Starling Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[23] a modifié l'équation de Benedict, Webb et Rubin (BWR) Propriétés thermodynamiques- Détermination pour les fluides purs[24] en ajoutant 3 nouveaux paramètres. Cela améliore le calcul des propriétés thermodynamiques dans les régions où la température réduite est inférieure à 0,3 (domaine cryogénique). La précision lors du calcul des densités est bien meilleure que celle obtenue avec des équations dérivant de la théorie de Van der Waals. En revanche, la zone autour du point critique est moins bien représentée et, lorsque les interactions entre les molécules sont « fortes », il est préférable d'utiliser une équation de type Van der Waals :
( 37 )
Chacun des paramètres peut être déterminé par ajustement sur des données expérimentales P, ρ, T. Mais, nous pouvons utiliser des corrélations permettant de calculer les paramètres de l'équation d'état à partir des coordonnées critiques...
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Équations du viriel
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VAN DER WAALS (J.D.) - Over de continuiteit van den Gas- en Vloestoftoestand. (Über die Kontinuittät des Gas- und Flüssigkeitszustands). - 1873, Dissertation, Universität Leiden, Niederlande, deutsche Übersetzung, Leipzig (1899).
-
(2) - REDLICH (O.), KWONG (J.N.S.) - On the thermodynamics of solutions. V. An equation of state. Fugacities of gaseous solutions. - Chem. Rev., 44, p. 233-244, ACS (1949).
-
(3) - SOAVE (G.) - Equilibrium constants for modified Redlich-Kwong equation of state. - Chem. Eng. Sci., 4, p. 1197-1203, ACS (1972).
-
(4) - PENG (D.Y.), ROBINSON (D.B.) - A new two parameter equations of state. - Ind. Eng. Chem. Fundam., 15, p. 59-64, ACS (1976).
-
(5) - JI (W.R.), LEMPE (D.A.) - A systematic study of cubic three-parameter equations of state for deriving a structurally optimised PVT relation. - Fluid Phase Equilib., 147, p. 85-103, Elsevier (1998).
-
...
(liste non exhausive)
École des mines de Paris, Centre énergétique et Procédés, Laboratoire « Thermodynamique et équilibres entre phases », CNRS FRE 2861.
École nationale supérieure des techniques avancées (ENSTA), unité chimie et procédés (UCP).
École nationale supérieure de chimie physique de Bordeaux (ENSCPB), laboratoire TREFLE, UMR CNRS 8500.
École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) (Nancy).
Université Claude-Bernard, Lyon 1, UFR Chimie et Biochimie, Laboratoire de chimie analytique.
Université de Pau et des Pays de l'Adour, laboratoire des fluides complexes, CNRS - UMR 5150 - CURS.
Université Paris XIII, laboratoire d'ingénierie des matériaux et des hautes pressions (LIMHP).
Université de la Méditerranée, département de chimie.
HAUT DE PAGE
COQUELET (C.) - Étude des fluides frigorigènes, mesures et modélisation. - Thèse École des mines de Paris, 180 p. (2003).
CHAPOY (A.) - Étude des Équilibres des systèmes eau-hydrocarbures-gaz acides dans le cadre de la production de gaz. - Thèse École des mines de Paris, 250 p. (2004).
RIVOLLET (F.) - Étude des propriétés volumétriques (PVT) d'hydrocarbures légers (C1-C4), du dioxyde de carbone...
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