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Transfert de matiere

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Transfert de matiere dans les ressources documentaires

  • Article
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  • 10 juin 2008
  • |
  • j1075

Transfert de matière

Alors que l'étude des équilibres chimiques, ou, tout au moins, des lois générales qui les régissent, a depuis longtemps un statut d'autonomie (c'est en effet une branche de la thermodynamique), l'étude de la cinétique du transfert de matière, et particulièrement celle du transfert à l'interface de deux phases, est restée pour l'essentiel au sein du génie chimique. Certes, par des raisonnements de similitude, elle entretient des relations étroites avec la mécanique des fluides et la thermique. En outre, la thermodynamique du non-équilibre (développée par Onsager et ses successeurs) lui a proposé un cadre conceptuel. Mais aucune de ces disciplines n'a réussi à l'absorber, jusqu'à présent du moins. Ce détour par l'histoire récente des sciences explique la présence dans ce traité d'un article consacré à la cinétique du transfert de matière. De plus, alors que le besoin de données cinétiques concerne pour l'essentiel le transfert entre deux phases (§  2 ), cet article commence par des développements sur le transfert de matière au sein d'une seule phase (§  1 ). Cela n'est pas dû seulement à un souci didactique (aller du simple au complexe...). Il s'agit en fait d'un choix lié à la nature des modèles. En effet, la majorité des modèles proposés et utilisés pour décrire le transfert interfacial repose sur l'hypothèse que le changement de phase, stricto sensu, n'est pas l'étape qui limite l'acte global, et que c'est donc le transport dans l'une et l'autre phases, entre le cœur de celles-ci et l'interface, qui détermine la vitesse de transfert.

  • Article
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  • 10 mars 2008
  • |
  • j1076

Transfert de matière

Le modèle de l' étage idéal (ou théorique) suppose que les phases issues de l'étage sont en équilibre thermodynamique. Ainsi, la donnée des débits et des compositions des flux à l'entrée de l'étage suffit donc à déterminer les débits et les compositions des flux de sortie. Pour un étage réel, l'équilibre thermodynamique n'est pas atteint. Le dimensionnement de l'étage nécessite des données sur la cinétique du transfert de matière entre les deux phases. Mais cela ne suffit pas. En effet, entre les grandeurs caractéristiques de l'équilibre thermodynamique et les données cinétiques, il y a une différence fondamentale qui confère une complexité essentielle à tout modèle où l'équilibre thermodynamique n'est pas atteint : dans le premier cas, l'équilibre de partage entre deux phases est le même quelle que soit la façon dont il est atteint ; il peut être aisément déterminé par l'expérimentation ou accessible dans des banques de données ; dans le second cas, la quantité de matière totale transférée d'une phase à l'autre au cours d'une opération dépend de la vitesse à laquelle le transfert de matière s'effectue en tout point. Cette vitesse locale dépend à son tour de l'écart à l'équilibre, des concentrations des deux phases et donc de la mise en œuvre du contact et de la circulation des fluides dans l'étage. Pour pouvoir utiliser efficacement les données cinétiques, il faut donc connaître les écoulements dans l'appareil considéré ou, à défaut de les connaître, faire des hypothèses sur leur nature. À cet égard, nous utiliserons les mêmes modèles d'écoulement que ceux adoptés pour le calcul des réacteurs chimiques (écoulement « parfaitement agité », écoulement « piston », modèle « piston-dispersion »...) (voir [ J 1 070, § 3]). Le calcul des opérations non idéales repose donc sur l'utilisation des mêmes bilans matière que ceux utilisés pour le calcul des opérations idéales (bilan global, bilan opératoire entre une extrémité de l'appareil et un point courant...), mais il faudra toujours y adjoindre un bilan particulier, qui permet d'utiliser conjointement la connaissance que l'on a (ou les hypothèses que l'on est amené à faire) sur les phénomènes cinétiques et les écoulements dans l'appareil (voir [ J 1 075]). Ce bilan est établi sur l'une des phases. Il exprime la variation de flux du constituant privilégié dans l'une des phases, qui est due au transfert de ce constituant d'une phase à l'autre. Ce bilan doit donc être établi sur un intervalle de temps et une surface d'échange où le flux spécifique de matière est uniforme. Nous nous limiterons à l'étude des opérations en régime stationnaire . Comme toutes les autres grandeurs, les flux spécifiques sont alors constants au cours du temps et l'intervalle de temps le plus approprié est l'unité de temps. La surface d'échange doit être associée à un volume d'appareil. On admet en général que l'aire d'interface est proportionnelle au volume utile d'appareil. La détermination du volume dans lequel le flux spécifique est uniforme est le point le plus délicat de ces calculs : il n'y a aucune règle générale. Tout au plus sait-on, lorsque l'on se limite aux écoulements idéaux, que toutes les grandeurs physiques sont uniformes à l'intérieur de l'appareil ou de la portion d'appareil où l'écoulement est « parfaitement agité » et que ces mêmes grandeurs ne sont fonction que d'une coordonnée d'espace quand l'écoulement est « piston ». Nous avons pris le parti d'utiliser le plus possible les écoulements idéaux pour deux raisons : la simplicité des calculs qu'ils autorisent et l'intérêt des résultats qu'ils permettent d'atteindre. Le choix de la nature de la phase sur laquelle on mène le calcul, repose souvent sur des considérations liées à la nature des écoulements. On cherche à alléger les calculs en utilisant au mieux les propriétés de ces écoulements. Toujours pour alléger les calculs, nous avons systématiquement utilisé des hypothèses simplificatrices relatives notamment à l' invariance des débits à travers l'étage considéré . À noter également qu'en régime stationnaire, l'exploitation d'une cinétique et de modèles d'écoulement ne conduit pas à la détermination explicite d'un temps, mais d'un volume. Ce volume peut cependant être associé à des temps de séjour moyens , un par phase. Nous allons appliquer cette approche aux opérations compartimentées . Le but poursuivi est double : didactique d'abord, car c'est avec ces opérations que les notions présentées ci-dessus sont mises en œuvre le plus simplement, pratique ensuite, car ces applications souvent négligées ont un intérêt indéniable, même (et peut-être surtout !) quand les conclusions que l'on en peut tirer ne sont que qualitatives.

  • Article
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  • 10 mars 2017
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  • j2787

Chromatographie de partage centrifuge

La chromatographie de partage centrifuge CPC est un procédé de séparation reposant sur la distribution des solutés entre deux phases liquides non miscibles dont l'une est maintenue stationnaire par une force centrifuge. L’absence de support solide confère à cette technique séparative une capacité et une versatilité faisant d’elle un outil de choix pour les séparations délicates. Les modes de fonctionnement tirent parti de la nature fluide de la phase stationnaire. Une synthèse des connaissances disponibles sur l’hydrodynamique des phases stationnaire et mobile et sur la modélisation du procédé intégrant les aspects de transfert est proposée dans cet article pour optimiser la séparation (productivité, rendement) et la transposer à une plus grande échelle.

  • Fiche
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  • 05 mai 2011
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  • 0096

Vérifier les obligations de l’exploitant en matière de suivi

L’arrêté préfectoral d’autorisation ou d’enregistrement et le récépissé de déclaration sont le point de départ de l’exploitation légale d’installation classée. Pour favoriser l’intégration et l’acceptabilité de l’installation dans son environnement, et se maintenir en situation légale, l’exploitant doit identifier l’ensemble des éléments qu’il doit suivre durant la phase d’exploitation de l’installation classée. Un oubli pourrait se retourner contre lui et risquer d’engager sa responsabilité environnementale.

La mise en service d’une installation classée est conditionnée par l’obtention, selon le régime, d’un récépissé de déclaration, d’une autorisation ou d’un enregistrement. Le suivi de l’installation classée commence le jour où l’Administration notifie sa décision.

Les fiches pratiques répondent à des besoins opérationnels et accompagnent le professionnel en le guidant étape par étape dans la réalisation d'une action concrète.

  • Fiche
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  • 12 juil. 2016
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  • 0503

Identifier les obligations en matière de concertation

Vous exploitez une ICPE et vous vous interrogez sur l’obligation de concertation avec le public préalablement à une décision du préfet relative à votre installation.

  • Qu’est-ce que la concertation ?
  • Dans quels cas doit-elle être organisée ?
  • Êtes-vous responsable de son organisation ?

180 fiches actions pour auditer et améliorer vos réponses aux obligations relatives aux installations classées pour la protection de l'environnement

  • Fiche
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  • 21 mai 2015
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  • 1488

Les nouvelles obligations en matière de DASRI

La réglementation concernant les DASRI a évolué. Cette fiche vise à vous expliquer les nouvelles obligations qu’a le producteur de DASRI.

Les fiches pratiques répondent à des besoins opérationnels et accompagnent le professionnel en le guidant étape par étape dans la réalisation d'une action concrète.


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