Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Il n´y a pas d´appareil universel susceptible de permettre la détermination des équilibres de phases sous pression quelles que soient les pressions ou températures, ou encore la nature des composés (visqueux, toxiques, corrosifs…). Au contraire de nombreux appareillages ont été conçus pour des applications particulières. Ils ont chacun des avantages et des inconvénients . Une classification comparative est donnée en séparant les méthodes en deux types : celles en circuit fermé et celle en circuit ouvert. Les méthodes du deuxième type font l´objet du dossier suivant [J1031].
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There is no universal device allowing the determination of high pressure phase equilibria under pressure whatever the pressures or temperatures, or the nature of the compounds (viscous, toxic, corrosive ...). On the contrary many devices have been designed for specific applications. They have advantages and disadvantages that will be examined herein. À classification, followed by comparisons, is given separating the closed-circuit methods and the open-circuit methods. The methods of the second type are the subject of another article in Techniques de l´Ingénieur [J1031].
Auteur(s)
-
Dominique RICHON : Ancien Directeur de recherche à MINES ParisTech - Ancien Responsable du laboratoire de thermodynamique et des équilibres de phases (TEP) à MINES ParisTech - Professeur invité « Otto Mønsted professor », Technical University of Denmark, Lyngby, Danemark - Professeur à temps partiel à l'université KwaZulu Natal, Durban, Afrique du Sud - Professeur émérite « Finland Distinguished Professor », Aalto University, Aalto, Finlande
INTRODUCTION
L'observation et l'acquisition d'informations nous permettent de connaître notre monde réel, de quantifier les phénomènes qui nous entourent et de les expliquer. C'est aussi l'opportunité d'ouvrir une porte sur la découverte et l'innovation. Ainsi un bon « concepteur-expérimentateur » a un rôle de première importance dont il doit être fier car il est nécessaire et indispensable si l'on veut progresser.
À l'aide des résultats obtenus par l'expérimentation, il est naturel et utile d'essayer de faire une théorie, c'est l'approche dite « fondamentale ». Toutefois, dans un premier temps, la difficulté pouvant être telle que pour satisfaire les besoins des êtres humains, il faut savoir se contenter d'approches plus ou moins empiriques, approches dites « appliquées », avec ajustement de paramètres pour des systèmes particuliers en vue d'une finalité industrielle à court terme. Dans au second temps, de bonnes données expérimentales sont toujours là pour les théoriciens afin d'améliorer les modèles existants ou d'obtenir de nouveaux modèles. De nombreuses citations en faveur du travail expérimental sont disponibles sur le site : http://www.drichon.wix.com/thermoadvices.
Ces remarques sont valables pour tous les domaines. Dans le cadre du génie des procédés, on s'intéresse certes en général à des mélanges plus ou moins complexes de produits chimiques. Dans ces mélanges, les déviations à l'idéalité sont souvent loin d'être négligeables et deviennent de plus en plus importantes avec la disparité des composés et lorsque les conditions de pression et température sont extrêmes. Les données d'équilibre de phases sont la base de la conception et de l'optimisation des procédés de séparation, comme par exemple la distillation, qui repose sur la distribution des composés entre les phases.
Ainsi puisque les données expérimentales, en particulier celles d'équilibres de phases, sont le berceau fondamental de tout développement de modèles thermodynamiques et de procédés industriels, nous allons nous intéresser ici à leur obtention. Une revue critique des différentes méthodes est proposée suite à quelques remarques préliminaires.
Dans ce dossier [J 1 030] nous traitons des méthodes en circuit fermé, où le mélange reste dans la partie mise à l'équilibre constituée de la cellule d'équilibre et des tubulures de circulation (recirculation), le tout étant à la température d'équilibre. Dans le dossier suivant [J 1 031], nous traitons des méthodes en circuit ouvert où le mélange ou l'un des composés est introduit en continu dans la partie mise en équilibre où il y reste un temps plus ou moins long (à température d'équilibre) avant d'en sortir. Dans ce dernier cas, les températures d'entrée et de sortie sont différentes de la température dite d'équilibre. Chacune des méthodes a ses avantages et ses inconvénients et doit être choisie en fonction d'un cahier des charges précis. Un guide de choix est fourni à la fin du dossier [J 1 031].
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KEYWORDS
experimental techniques | phase equilibria | sampling
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Utilité des données thermodynamiques3. Conclusion
Les méthodes en circuit fermé peuvent être divisées en trois sous-groupes : les méthodes statiques-synthétiques, les méthodes statiques-analytiques et les méthodes quasi statiques. Ces méthodes ont un avantage essentiel qui est que le système à l'étude peut être mis en équilibre durant autant de temps que nécessaire. Les méthodes en circuit fermé conduisent à des appareils relativement simples aussi bien sur le plan de la conception que de l'utilisation. L'homogénéité des équilibres dans les cellules peut être obtenue de plusieurs manières :
-
des mouvements oscillants de la cellule ou une agitation interne avec des barreaux magnétiques pour les méthodes statiques ;
-
mécanique ou thermique par circulation de l'une ou plusieurs phases avec les méthodes quasi-statiques.
Les méthodes synthétiques ont un gros avantage. En effet, la plupart d'entre elles permettent l'observation visuelle des phénomènes étudiés. De plus, les cellules sont technologiquement extrêmement simples puisqu'aucun échantillonnage n'est nécessaire. Cependant, les données obtenues ainsi sont généralement incomplètes. Pour obtenir des données complètes, une instrumentation relativement plus complexe est requise. Dans ce cas, la méthode synthétique est compétitive ou supérieure en comparaison à des méthodes analytiques parce que les problèmes analytiques peuvent être évités et les risques de fuite réduits. Il est intéressant de noter que quand des données P, T, x, y sont déterminées par méthode synthétique, il est en général possible d'obtenir simultanément les propriétés PVT, ce qui est un avantage majeur. Les méthodes synthétiques utilisent diverses techniques, comme :
-
l'observation visuelle ou instrumentée des phénomènes ;
-
la mesure de la position d'une interface ;
-
la résolution d'équations de bilan matière ;
-
le traitement de données.
Les propriétés physiques et la nature chimique des composés purs et des mélanges sont des facteurs importants pour décider si une méthode est convenable ou non. Pour les méthodes basées sur la variation de température à volume constant ou la variation de volume à température constante, pour déterminer...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VAN KONYNENBURG (P.H.), SCOTT (R.L.) - Critical Lines and Phase Equilibria in Binary van der Waals Mixtures. - Philos. Trans. Roy. Soc. London A, 298, p. 495 (1980).
-
(2) - RENON (H.), ASSELINEAU (L.), COHEN (G.), RAIMBAULT (C.) - Calcul sur ordinateur des équilibres liquide-vapeur et liquide-liquide. - Éditions Technip (1971).
-
(3) - FIGUIÈRE (P.), HOM (J.F.), LAUGIER (S.), RENON (H.), RICHON (D.), SZWARC (H.) - Vapor-liquid equilibria up to 40,000 KPa and 400 oC : A new static method. - AIChE J., 26, p. 872 (1980).
-
(4) - PETER (S.), EICKE (H.E.) - Phase Equilibria In Normal N2-Heptane, N2-2,2,4-Trimethylpentane and N2-Methylcyclohexane Systems at High Temperatures and Pressures. - Ber Bunsenges Phys. Chem., 74, p. 190 (1970).
-
(5) - PETER (S.), BRUNNER (G.), WENZEL (H.) - Phase equilibrium in the systems n-heptane-nitrogen, methylcyclohexane-nitrogen and n-heptane-methylcyclohexane-nitrogen at high pressures. - Chem. Eng. J., 7, p. 99 (1974).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
ThermoData Engine (TDE). Expert Thermodynamic Data Correlation, Evaluation, and Prediction http://www.trc.nist.gov/tde.html
Page personnelle Dominique Richon http://www.drichon.wix.com/thermoadvices
Thermophysical Data for Process Design http://www.ddbst.com/
HAUT DE PAGE
WO2004090508 (A2) – 2004-10-21 – Method and device for taking micro-samples of a pressurised fluid held in a container ; Richon (D.) [FR] – (ARMINES Association pour la Recherche et le développement de méthodes et processus industriels, Association loi de 1901 [FR])
PCT FR 04000803, FR 2 853 414 – A1 – 2003-04-01 – Procédé et dispositif pour prélever des micro-échantillons d'un fluide sous pression contenu dans un container ; Richon (D.) [FR] – (ARMINES Association pour la Recherche et le développement de méthodes et processus industriels, Association loi de 1901 [FR])
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