Thermodynamique.
| Fabien Baillon | Gestion de projet Intégration numérique | |
| Éric Loubignac | Développements Conception des simulations Conception graphique |
| Jacques Schwartzentruber | Conception des schémas | |
| Fabien Baillon | Retouches |
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.
Les pré-requis de ce cours sont un enseignement de base de la thermodynamique (programme des classes préparatoires).
Structure du cours :
Les bases de la thermodynamique : les principes fondamentaux et leurs applications directes
La thermodynamique : concepts de base et définitions.
Premier principe de la thermodynamique.
Second principe de la thermodynamique.
Fonctions thermodynamiques : énergie libre, enthalpie libre, potentiel chimique, état d'équilibre d'un système.
Corps purs et changements de phase.
De la thermodynamique aux procédés : concepts et simulations
Les mélanges : définition du potentiel chimique, de la fugacité, état standard.
Les mélanges de gaz parfaits : propriétés, application au diagramme de l'air humide, calculs sur l'air humide.
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.
La distillation : de la connaissance de l'équilibre liquide-vapeur à la conception d'un procédé industriel. Méthode de Mc Cabe et Thiele.
Équilibres liquide-vapeur de mélanges multi-constituants : prédiction du comportement à partir des binaires, diagrammes ternaires.
Équilibres liquide-liquide de mélanges ternaires, application à l'extraction liquide-liquide multi-étagée.
Équilibres liquide-solide.
