Thermodynamique.
Générique

Thermodynamique.

Participant
École des Mines d'Albi-Carmaux
 Jacques Schwartzentruber
Professeur
Responsable du projet
Concepteur pédagogique
Rédacteur
Financements
Logo UNITLogo EMAC
Réalisation
 Fabien Baillon
Gestion de projet
Intégration numérique
 Éric Loubignac
Développements
Conception des simulations
Conception graphique
Graphisme
Jacques Schwartzentruber
Conception des schémas
Fabien Baillon
Retouches
Coline Tinevez
Conception de la charte graphique de l'interface
Origine du projet

La thermodynamique des équilibres entre phases est un domaine dont l'abord est généralement considéré comme ardu par les étudiants, principalement parce qu'elle fait appel à des concepts pouvant paraître très abstraits comme l'enthalpie libre, le potentiel chimique[1] ou la fugacité[2]. La meilleure façon de maîtriser ces concepts est de les utiliser, et de les mettre en œuvre dans des problèmes industriels pratiques.

Il s'agit d'un cours complet de thermodynamique classique (macroscopique), qui montre comment les deux principes fondamentaux de la thermodynamique doivent être complétés par une descriptions en général empirique des propriétés thermodynamiques des systèmes réels pour permettre la conception et le dimensionnement d'opérations industrielles telles que la distillation ou l'extraction[3] par solvant.

Pour faciliter la compréhension et l'appréhension par les élèves de concepts qui peuvent de prime abord sembler abstraits et ardus, et éviter les fausses compréhensions, il est indispensable d'illustrer autant que possible le cours par des exemples et des exercices. Mais pour être un tant soit peu significatif, un exercice nécessite une somme importante de calculs, souvent répétitifs, le résultat est que trop souvent les calculs prennent le pas sur la compréhension des concepts.

C'est pourquoi nous avons conçu un cours qui inclut les moyens de calcul nécessaires, sous la forme de petits programmes (« simulateurs »). Ces simulateurs sont intégrés au cours, à titre d'illustration, et sont aussi accessibles pour résoudre les exercices proposés au fur et à mesure du déroulement de l'enseignement.

Description

Les pré-requis de ce cours sont un enseignement de base de la thermodynamique (programme des classes préparatoires).

Structure du cours :

  1. Les bases de la thermodynamique : les principes fondamentaux et leurs applications directes

    1. La thermodynamique : concepts de base et définitions.

    2. Premier principe de la thermodynamique.

    3. Second principe de la thermodynamique.

    4. Fonctions thermodynamiques : énergie libre, enthalpie libre, potentiel chimique, état d'équilibre d'un système.

    5. Corps purs et changements de phase.

  2. De la thermodynamique aux procédés : concepts et simulations

    1. Les mélanges : définition du potentiel chimique, de la fugacité, état standard.

    2. Les mélanges de gaz parfaits : propriétés, application au diagramme de l'air humide, calculs sur l'air humide.

    3. Les équilibres liquide-vapeur, calcul des propriétés des phases liquides. Ajustement de paramètres de modèles de coefficients d'activité sur des données expérimentales.

      Interprétation des équilibres liquide-vapeur par la minimisation de l'enthalpie libre ; introduction aux équilibres liquide-liquide.

      Les fluides sous haute pression : utilisation d'équations d'états, diagrammes de corps purs, représentation de mélanges.

    4. La distillation : de la connaissance de l'équilibre liquide-vapeur à la conception d'un procédé industriel. Méthode de Mc Cabe et Thiele.

    5. Équilibres liquide-vapeur de mélanges multi-constituants : prédiction du comportement à partir des binaires, diagrammes ternaires.

    6. Équilibres liquide-liquide de mélanges ternaires, application à l'extraction liquide-liquide multi-étagée.

    7. Équilibres liquide-solide.

Mots-clés
thermodynamique
concepts de base et définitions
premier principe de la thermodynamique
second principe de la thermodynamique
fonctions thermodynamiques
corps purs et changement de phase
équilibres entre phases
mélanges fluides
air humide
distillation
extraction liquide-liquide
diagrammes de phases
équilibres liquide-solide
Objectifs pédagogiques
Faire assimiler les concepts de la modélisation thermodynamique, en alternant théorie et applications à la conception de procédés.
Rendre l'élève actif en lui demandant de tester par lui-même, au moyen de programmes de calcul inclus dans le cours, diverses situations et l'amener ainsi à construire son savoir.
Faire comprendre des concepts ardus et abstraits par la résolution d'exercices.
Langue
Français
Couverture géographique
France
Niveau LMD
Licence
Licences
Contacts
Contact pédagogiqueJacques Schwartzentruber 
Contact techniqueFabien Baillon 
Publié le 1 Octobre 2007
  1. potentiel chimique

    le potentiel chimique de l'espèce i dans un mélange est défini par . À l'équilibre, le potentiel chimique de chaque espèce est homogène dans tout l'espace accessible à cette espèce

  2. fugacité

    grandeur homogène à une pression, définie par

  3. extraction

    procédé dans lequel les constituants d'un mélange sont séparés en mettant à profit leur différence de solubilité dans un tiers corps (solvant)

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