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1 - TRANSFERT DE MATIÈRE DANS UNE PHASE

2 - TRANSFERT DE MATIÈRE ENTRE DEUX PHASES

Article de référence | Réf : J1075 v2

Transfert de matière entre deux phases
Transfert de matière - Cinétique du transfert de matière entre deux phases

Auteur(s) : Arnaud BUCH, Mohammed RAKIB, Moncef STAMBOULI

Date de publication : 10 juin 2008

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Auteur(s)

  • Arnaud BUCH : Docteur de l'université Paris VI - Maître de conférences à l'École centrale Paris

  • Mohammed RAKIB : Ingénieur ECP, Docteur d'État ès sciences physiques - Professeur à l'École centrale Paris

  • Moncef STAMBOULI : Ingénieur ECP, Docteur d'État ès sciences physiques - Professeur à l'École centrale Paris

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INTRODUCTION

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.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-j1075


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2. Transfert de matière entre deux phases

Dans ce paragraphe, nous introduirons les fonctions mathématiques suivantes :

  • « Fonction erreur », erf(x), définie par :

  • « Fonction erreur complémentaire », erfc(x), définie par :

  • « Intégrale première de la fonction d'erreur complémentaire », ierf(x), définie par :

2.1 Coefficients de transfert : définitions et estimation

HAUT DE PAGE

2.1.1 Potentiels et coefficients de transfert

Considérons deux phases 1 et 2 qui contiennent un soluté A, à des concentrations C1 et C2, et supposons que seul A est susceptible d'être échangé entre ces deux phases. Lorsque le contact des deux phases est réalisé, les deux cas suivants sont possibles.

  • Le système est à l'équilibre : aucun échange de matière n'a lieu ; l'équilibre est décrit par la relation :

    avec :

    K
     : 
    coefficient de distribution (ou partage) à l'équilibre ; il dépend généralement des concentrations.
  • Si les conditions d'équilibre ne sont pas réalisées, l'une des phases (par exemple 1) cède du soluté à l'autre de façon que le système s'approche de l'équilibre. Si, à un instant quelconque, les concentrations...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SKELLAND (A.H.P.) -   Diffusional mass transfer (Transfert de matière par diffusion)  -  . Krieger Publishing Company, 2 Rev Ed Edition (1985).

  • (2) - TREYBAL (R.E.) -   Mass-transfer operations  -  . McGraw-Hill, New York, 4e Edition (1982).

  • (3) - KRISHNA (R.), WESSELINGH (J.A.) -   The Maxwell-Stefan approach to mass transfer  -  . Chemical Engineering Science, 52(6), 861-911 (1997).

  • (4) - REHFELDT (S.), STICHLMAIR (J.A.) -   Measurement and calculation of multi-component diffusion coefficients in liquids  -  . Fluid Phase Equilibria, 256(1-2), 99-104 (2007).

  • (5) - DUNCAN (J.B.), TORR (H.L.) -   An experimental study of three component gas diffusion  -  . A.I.Ch.E. J., 8, 38-41 (1962).

  • (6) - VOGELPOHL (A.) -   Murphree efficiencies in multi-component systems  -  . Institution of Chem. Engineering Symp. Ser. 56 79, 25-31 (1979).

  • ...

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