Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les machines frigorifiques et de climatisation sont appelées, de plus en plus, à utiliser des mélanges pour remplacer les CFC purs. Par ailleurs, la plupart des opérations du génie chimique concernent des mélanges. Par rapport aux composés purs, l'équilibre entre phases des mélanges dépend de leur composition. Dans un but d'optimisation et de réduction des coûts énergétiques, il est indispensable de disposer de données correctes des propriétés thermodynamiques de mélanges, de pouvoir les représenter avec précision au moyen de modèles adaptés et d'être ainsi capables de calculer les équilibres entre phases dans toutes les conditions d'utilisation.
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Cooling and air-conditioning machines are called upon more and more to use mixtures in order to replace pure CFCs. Furthermore, the most part of operations in chemical engineering involve mixtures. In comparison to pure compounds, the equilibrium between the phases of mixtures depend on their composition. In order to optimize and reduce energetic costs, it is essential to have accurate data to hand regarding the thermodynamic properties of mixtures, to be able to represent this data precisely by means of adapted models and thus be capable of calculating the equilibria between phases in any condition of use.
Auteur(s)
-
Christophe COQUELET : Directeur de recherche à l'École des mines de Paris - Responsable du laboratoire CEP/TEP
-
Dominique RICHON : 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
INTRODUCTION
Les machines frigorifiques et de climatisation sont appelées, de plus en plus, à utiliser des mélanges pour remplacer les CFC purs. Par ailleurs, la plupart des opérations du génie chimique concernent des mélanges. Par rapport aux composés purs, l'équilibre entre phases des mélanges dépend de leur composition. Dans un but d'optimisation et de réduction des coûts énergétiques, il est indispensable de disposer de données correctes des propriétés thermodynamiques de mélanges, de pouvoir les représenter avec précision au moyen de modèles adaptés et d'être ainsi capables de calculer les équilibres entre phases dans toutes les conditions d'utilisation. Les modèles thermodynamiques sont les mêmes que ceux élaborés pour les corps purs (cf. [BE 8 030]) mais étendus aux mélanges. Nous verrons que des interactions moléculaires entre espèces chimiques différentes modifient le comportement d'un fluide et comment les thermodynamiciens en ont tenu compte dans leurs modèles.
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- Version courante de sept. 2020 par Salaheddine CHABAB, Patrice PARICAUD, Christophe COQUELET
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Équilibre entre phases1. Définitions et caractérisations
Intuitivement, un mélange se caractérise par l'addition d'espèces chimiques différentes. Pour un mélange, chacun des constituants du mélange est pris dans l'état de référence corps pur, à la même température, à la même pression et dans le même état physique que le mélange. Pour le volume, nous ajoutons les volumes des différentes espèces :
( 1 )
i désigne le constituant i dans le mélange.
L'expression , comme nous le verrons plus tard, ne s'applique qu'à des solutions idéales. De plus, l'équation ne fait intervenir que des grandeurs extensives qui dépendent des propriétés intensives du mélange (pression, température...) et du nombre de moles de chaque constituant dans le mélange. En conséquence, il est plus judicieux d'introduire les grandeurs molaires partielles, qui sont des grandeurs spécifiques, fonctions de la température et de la pression (ces grandeurs spécifiques sont des variables extensives rapportées à une certaine quantité de système, ici, la mole). Le volume molaire partiel
est défini par la relation et le volume par la relation :
( 2 )
( 3 )
On remarquera que, si la fraction molaire du constituant i tend vers 1, le volume molaire partiel devient le volume molaire du corps pur i dans l'état de référence et, inversement, si la fraction molaire du constituant i tend vers 0, le volume molaire partiel devient le volume du corps pur i dans l'état de « dilution infinie ».
1.1 Quelques...
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Définitions et caractérisations
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RENON (H.), PRAUSNITZ (J.M.) - Local composition in thermodynamic excess function for liquid mixtures - . AlChE J., 14, p. 135-144 (1968).
-
(2) - ABRAMS (D.S.), PRAUSNITZ (J.M.) - Statistical thermodynamics of liquid mixtures : A new expression for the excess gibbs energy of partly or completely miscible systems - . AlChE J., 21, p. 116-128 (1975).
-
(3) - BONDI (A.) - Physical properties of molecular crystals, liquids and gasses - . Wiley, New York (1968).
-
(4) - FREDENSLUND (Aa.), JONES (R.L.), PRAUSNITZ (J.M.) - Group contribution estimation of activity coefficients in non ideal-liquid mixtures - . AlChE J., 21, p. 1086-1099 (1975).
-
(5) - GMEHLING (J.), LI (J.), SCHILLER (M.) - A modified UNIFAC model. 2. Present parameter matrix and results for different thermodynamic properties - . Ind. Eng. Chem. Res., 32, p. 178-193, ACS (1993).
-
(6) - RACKETT (H.G.) - Equation...
ANNEXES
• 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)
• 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
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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).
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