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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Lire l’articleAuteur(s)
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Christophe COQUELET : Directeur de recherche à l'École des mines de Paris - Responsable du laboratoire CEP/TEP
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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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Ajustement des paramètres des modèles et conclusion2. Équilibre entre phases
2.1 Enthalpie libre de Gibbs
Si nous calculons pour un mélange binaire l'enthalpie libre de Gibbs (à T et P données), deux cas peuvent se présenter (figure ). Le cas
correspond à des température et pression où aucun équilibre ne se réalise. Pour le cas
nous avons un équilibre entre phases. Les compositions des deux phases peuvent être lues sur le graphique (en x1 et x2).
À partir de la figure , les deux cas peuvent être traités de la façon suivante. Dans le premier cas
, on constate que, si l'on charge une cellule d'équilibre avec deux mélanges de composition (1) et (2), on obtient un mélange (3) dont l'enthalpie libre est supérieure à l'enthalpie libre de mélange : on a un mélange (3) monophasique stable.
Dans le deuxième cas
, on constate que, si l'on charge une cellule d'équilibre avec deux mélanges de composition (1) et (2), on obtient un mélange (3) dont l'enthalpie libre est inférieure à l'enthalpie libre de mélange : on a un mélange 3 instable qui se sépare alors en deux phases produisant un équilibre de phases.
2.2 Calcul de l'équilibre thermodynamique
À l'équilibre thermodynamique, l'enthalpie libre de Gibbs est minimale. Pour le composé i, nous avons :
Par...
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Équilibre entre phases
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
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).
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