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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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Lire l’articleAuteur(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
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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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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2007 par Christophe COQUELET, Dominique RICHON
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Équilibre entre phases : approches et modèles
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1. 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, les volumes des différentes espèces sont ajoutés :
i désigne le constituant i dans le mélange. Cette équation ne s’applique qu’à des solutions idéales et qu’à des grandeurs extensives qui dépendent des caractéristiques 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, uniquement fonction 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
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Définitions et caractérisations
BIBLIOGRAPHIE
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(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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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