Validation du nouveau dispositif

Nous avons décrit auparavant le nouveau dispositif, notamment les adaptations permettant l’échantillonnage à des pressions inférieures à 3 bar. Afin de valider les performances de ce nouveau dispositif de mesure des ELV, nous avons choisi d’étudier 4 systèmes binaires : 2 systèmes de type alcane + alcool et 2 systèmes comprenant un composé soufré. Ils ont été déjà étudiés par plusieurs auteurs à l’aide de différentes techniques (voir le Tableau 2-2).

Tableau 2-2. Systèmes choisis pour la validation du dispositif Système binaire T [K] Technique

de mesure

Type de données

Référence

n-Butane + Ethanol

323,75 SynT PTx Holderbaum et al. 53 323,13 SynT PTx Moilanen et al. 54 323,24 SynVis PTx Deak et al. 18 323,25 AnT PTxy Soo et al. 55

n-Pentane + 1-Butanol 333,15 SynT PTx McDougal et al. 56

Diéthyle sulfure + n-Butane 317,60 SynT PTx Dell’Era et al. 57 Diéthyle sulfure + Ethanol 343,15 AnP PTxy Sapei et al. 58

Les informations concernant les produits chimiques utilisés sont regroupées dans le Tableau 2-3. Les colonnes de CPG et les températures de four correspondantes pour chaque système sont présentées dans le Tableau 2-4. Le débit du gaz vecteur (hélium) est régulé à

environ 30 mL.min-1. Toutes les données mesurées et les incertitudes correspondantes sont résumées dans l’Annexe C.

Tableau 2-3. Produits chimiques utilisés

Nom No. CAS Fabricant Pureté

n-Butane 106-97-8 Air Liquide 99,5 % (v/v)

n-Pentane 109-66-0 Sigma-Aldrich 99,0 mol% (CPG)

Ethanol 64-17-5 Fisher Chemical 99,99 mol% (CPG) 1-Butanol 71-36-3 Sigma-Aldrich 99,4 mol% (CPG) Diéthyle sulfure 352-93-2 Sigma-Aldrich 98,0 mol% (CPG)

Tableau 2-4. Colonnes de CPG et température du four

Système binaire Colonne de CPG T four [K]

n-Butane + Ethanol 100/120, HayeSep T, 1,6m/2mm, Restek, France 413

n-Pentane + 1-Butanol 50 / 80, Porapak Q, 2,1m / 2mm, Restek, France 503

Diéthyle sulfure + n-Butane 50 / 80, Porapak Q, 2,1m / 2mm, Restek, France 493 Diéthyle sulfure + Ethanol 50 / 80, Porapak Q, 2,1m / 2mm, Restek, France 493

2.4.1. n-Butane + éthanol

A 323 K, Holderbaum et al. 53 et Moilanen et al. 54 ont mesuré des données d’ELV à l’aide de la technique SynT. Leurs données couvrent entièrement la plage de pression de cette isotherme (1 – 5 bar). Deak et al. 18 ont mesuré des pressions de bulle entre 2,4 et 5 bar par la méthode SynVis. Néanmoins pour ces trois références, les compositions de la phase vapeur (y) sont manquantes. Soo et al. 55 ont mesuré des données de PTxy à l’aide d’un dispositif

similaire à celui proposé par Laugier et Richon 47 (schéma classique, voir Figure 2-5). Ils n’ont déterminé que les points d’ELV au-delà de 3,8 bar, à cause du manque de force motrice à plus faible pression. Notre nouveau dispositif permet de mesurer des données d’ELV avec détermination de la composition liquide et vapeur (PTxy) à partir de 0,4 bar à la température

de 323.22 K.

Les 5 sets de données sont présentés dans la Figure 2-17. Ils sont globalement cohérents entre eux. Les faibles écarts sont probablement dus aux légères différences de température. Notre dispositif présente un avantage par rapport aux autres : il permet de déterminer expérimentalement le diagramme d’ELV complet (PTxy) sur toute la plage de pression de

Figure 2-17. ELV du système n-butane (1) + éthanol (2). (×) Ce travail à 323,22 K ; (

△)

2.4.2. n-Pentane + 1-butanol

A 333 K, McDougal et al. 56 ont mesuré des données de PTx (y calculé par l’EdE SRK11) à l’aide de la technique SynT. Toute la plage de cette isotherme (0,2 – 2,2 bar) est couverte. En plus du nouveau dispositif, nous avons utilisé un autre équipement pour comparer les performances : un dispositif de type AnT classique (voir la Figure 2-5), sans les adaptations précédemment présentées. En effet, une méthode alternative a été utilisée pour effectuer des mesures à basse pression avec le dispositif AnT classique, avant le développement du nouveau dispositif. La cellule d’équilibre a été pressurisée par l’hélium (gaz inerte) pour que les deux phases puissent être échantillonnées par le ROLSITM. La méthode similaire a été appliquée par Ghizellaoui et al.59. Le diagramme complet (PTxy) a été ainsi déterminé.

Les 3 sets de données sont présentés dans la Figure 2-18. Ils sont globalement cohérents entre eux. En traçant la volatilité relative α en fonction de la composition liquide (voir la Figure 2-19), nous constatons que les données mesurées par la méthode AnT avec l’ajout de l’hélium présentent une dispersion plus remarquable que celles mesurées avec notre nouveau dispositif. Il se peut que le déplacement de l’équilibre dû à l’ajout de gaz inerte ne soit pas négligeable. En effet, le mélange binaire devient ternaire. Un autre désavantage de cette méthode est la nécessité de vider la cellule après chaque point de mesure. Cette étape

0 1 2 3 4 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 P [b a r] x₁, y₁

indispensable ne permet pas de faire des mesures de manière continue, comme notre nouveau dispositif. La consommation de produits chimiques devient aussi plus importante.

Figure 2-18. ELV du système n-pentane (1) + 1-butanol (2). (×) Ce travail à 333,66 K par le nouveau dispositif ; (□) ce travail à 333,67 K par AnT avec l’ajout de l’hélium ; (

△)

Figure 2-19. Volatilité relative de n-pentane (1) / 1-butanol (2). (×) Ce travail à 333,66 K par le nouveau dispositif ; (□) ce travail à 333,67 K par AnT avec pressurisation par hélium.

2.4.3. Diéthyle sulfure + n-butane et diéthyle sulfure + éthanol

Le système diéthyle sulfure + n-butane a été étudié par Dell’Era et al. 57 par la technique SynT à 317 K. Sapei et al. 58 ont mesuré les données d’ELV de diéthyle sulfure + éthanol à

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 P [b a r] x₁, y₁ 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 α1 /2 x₁

343 K par un ébulliomètre cité auparavant 30. A l’aide de notre nouveau dispositif, nous avons étudié également ces deux systèmes. En traçant les différents sets de données (voir les Figures 2-20 et 2-21), nous observons de bonnes cohérences entre les données de la littérature et les nôtres. Toutefois, les données issues de la littérature ont été mesurées par deux techniques différentes. Avec notre nouveau dispositif, les diagrammes de phase complets (PTxy) des

deux systèmes ont été mesurés.

Figure 2-20. ELV du système diéthyle sulfure (1) + n-butane (2). (×) Ce travail à 317,62 K ; (□) Dell’Era et al. 57 à 317,60 K par SynT (y calculé par l’EdE SRK 11).

Figure 2-21. ELV du système diéthyle sulfure (1) + éthanol (2). (×) Ce travail à 343,13 K ; (□) Sapei et al. 58 à 343,15 K par AnP.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 P [b a r] x₁, y₁ 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 P [b ar ] x₁, y₁