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RÉSUMÉ
Les machines frigorifiques et pompes à chaleur sont appelées, de plus en plus, à utiliser des mélanges comme fluide travail pour remplacer les fluides existants. Par rapport aux composés purs, l'équilibre entre phases des mélanges dépend de la composition. Dans un but d'optimisation et de réduction des coûts énergétiques, il est indispensable de pouvoir prédire correctement les diagrammes de phases et les propriétés thermodynamiques de mélanges et de pouvoir représenter les données expérimentales avec précision au moyen de modèles adaptés dans toutes les conditions d'utilisation.
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Cooling and heat pumps machines are called upon more and more to use mixtures as working fluids in order to replace existing ones. In comparison to pure compounds, the equilibrium between the phases of mixtures depend on the composition. In order to optimize and reduce energetic costs, it is essential to predict correctly the phase diagram, to predict the thermodynamic properties of mixtures and to be able to represent experimental data accurately by means of adapted models in any condition of use.
Auteur(s)
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Salaheddine CHABAB : Docteur de l'université PSL - Ingénieur Recherche Mines ParisTech
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Patrice PARICAUD : Professeur de thermodynamique et de génie des procédés - Docteur de l’Imperial College London - Ingénieur de l’ENSIC Nancy Unité de chimie et procédé (UCP), ENSTA Paris, Institut polytechnique de Paris, Palaiseau
-
Christophe COQUELET : Professeur Mines ParisTech, Université PSL - Docteur de l’École des mines de Paris - Professeur agrégé de l’université - Ancien élève de l’ENS Cachan - Ingénieur ENSIACET
INTRODUCTION
Dans l’industrie chimique, pétrochimique, géochimique, pharmaceutique, la production de froid et d’énergie, la plupart des opérations unitaires concernent les mélanges et non pas les composés purs. L’étude thermodynamique des mélanges de fluides impliqués dans les procédés ou systèmes énergétiques est cruciale pour la compréhension des différents phénomènes intervenants à l’échelle moléculaire, et pour la détermination des informations nécessaires à la conception, l’optimisation et le contrôle des procédés. 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 thermophysiques 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 thermo-dynamiques sont les mêmes que ceux élaborés pour les corps purs [BE 8 030] mais étendus aux mélanges à l’aide de ce que l’on appelle « règles de mélange ». Les interactions moléculaires entre espèces chimiques différentes modifient le comportement d’un fluide et les thermodynamiciens en ont tenu compte dans leurs modèles.
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KEYWORDS
phase equilibria | equations of state | activity coefficient | COSMO
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2007 par Christophe COQUELET, Dominique RICHON
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4. Conclusion
Il existe plusieurs modèles et approches pour déterminer les propriétés thermodynamiques des mélanges de fluides. Ces modèles doivent tenir compte de la non-idéalité des mélanges et être performants sur un large domaine de température et pression. Ces modèles peuvent être plus ou moins empiriques et plus ou moins prédictifs (calcul ab-initio, contributions de groupes). Tous les modèles mentionnés dans cet article permettent de calculer les propriétés thermodynamiques des corps purs et des mélanges. Pour la plupart, les paramètres sont ajustés à partir de données expérimentales. Grâce à cela, pour des applications pompes à chaleur ou réfrigération, il est possible de sélectionner le meilleur fluide de travail et de parfaitement dimensionner le système.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEWIS (G.N.), RANDALL (M.) - Thermodynamics and the free energy of chemical substances. - McGraw-Hill (1923).
-
(2) - WARK (K.) - Advanced thermodynamics for engineers. - McGraw-Hill, New York (1995).
-
(3) - RACKETT (H.G.) - Equation of state for saturated liquids. - Journal of Chemical and Engineering Data, 15, p. 514-517 (1970).
-
(4) - RENON (H.), PRAUSNITZ (J.M.) - Local compositions in thermodynamic excess functions for liquid mixtures. - AIChE journal, 14, p. 135-144 (1968).
-
(5) - 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. - AIChE Journal, 21, p. 116-128 (1975).
-
(6) - BONDI (A.A.) - Physical properties...
ANNEXES
Mines ParisTech, PSL Université, CTP – Centre thermodynamique des procédés 38, rue Saint honoré, 77305 Fontainebleau Cedex Tel : (33)164694962 Fax : (33)164694968
ENSTA Paris, IP Paris UCP – Unité chimie et procédés 828 boulevard des Maréchaux, 91762 PALAISEAU Cedex Tel : (33) 181872026
INREAE, Génie des procédés frigorifiques pour la sécurité alimentaire et l’environnement (FRISE) 1, rue Pierre-Gilles de Gennes, CS 10030 92761 Antony Cedex Tél. : +33(0)1 42 75 90 00
ENSIC, Université de Lorraine, LRGP (Laboratoire réactions et génie des procédés) 1, rue Grandville BP 20451 54001 Nancy Tél : +33(0) 3 72 74 36 00
CNAM, Laboratoire du froid, des systèmes énergétiques et thermiques (Lafset) Case 2LAF01 292, rue Saint Martin 75141 Paris Cedex 03 Tel : +33(0) 1 58 80 85 65
INSA LYON, Centre d’énergétique et de thermique de Lyon (CETHIL) Bâtiment Sadi-Carnot, 9, rue de la Physique Campus LyonTech La Doua 69621 Villeurbanne cedex Tel : +33(0)4 72 43 88 10
HAUT DE PAGE
CAMPESTRINI (M.) – Étude thermodynamique des équilibres solide-liquide-vapeur : application à la cryogénie et aux unités de séparation de l’air. Thèse École des Mines de Paris, 432 p. (2014).
CHAPOY (A.) – Étude des équilibres des systèmes eau-hydrocarbures-gaz acides dans le cadre de la production de gaz. Thèse...
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