Diffusion Des Gaz [PDF]

Zitiervorschau

République Algérienne démocratique et populaire Ministre de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université de Badji Mokhtar- Annaba Faculté des Sciences de l’ingéniorat Département Génie des Procédées Licence en Génie des Procédées

Mini projet:

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Échangeur de chaleur »

Présenter par : Derres bochra Farrah nadia Groupe :Gp 01 Enseignant : Dr. saoudi

Année universitaire 2019/2020

 Introduction : La diffusivité de la vapeur d'un liquide volatil dans l'air peut être déterminée par la méthode de Winckelmann, dans laquelle, le liquide contenu dans un tube vertical à diamètre étroit, est maintenu à une température constante. Un courant d'air passe ou dessus de tube pour s'assurer que la pression partielle de la vapeur est transférée de la surface du liquide au courant d'air par diffusion moléculaire.

 Le But : Détermination du coefficient de diffusion d’un gaz par évaporation de la surface du liquide .

 Définition :  Diffusion: La diffusion est le mouvement net de quoi que ce soit (par exemple, un atome, des ions, des molécules) d'une région de concentration plus élevée à une région de concentration plus faible. La diffusion est entraînée par un gradient de concentration. Par exemple, si vous vaporisez du parfum à une extrémité d'une pièce, les particules de gaz finiront par être partout dans la pièce.  Coefficient de diffusion: Un coefficient de diffusion est une grandeur caractéristique du phénomène de diffusion de la matière. Le coefficient de diffusion mesure le rapport entre le flux molaire dû à la diffusion moléculaire, et le gradient de concentration de l'espèce chimique considérée (ou, plus généralement, de la variable d'effort entraînant cette diffusion), comme formulé par la loi de Fick.  Méthode de WINKLEMANN: l’évaporation dans un tube fin est utilisé depuis longtemps comme méthode de mesure du coefficient de diffusion binaire d’une vapeur dans un gaz, cette expérience porte le nom de méthode de WINKELMAN, Cette méthode suppose que l’évaporation est contrôlée uniquement par la diffusion de la vapeur , supposons que l’interface est plane et à une distance L de l’embouchure du capillaire .  L'acétone :est un composé le plus simple de la famille des cétones. De formule brute C3H6O, c'est un isomère du propanal. Son nom officiel UICPA est propanone mais elle est aussi connue sous les noms de diméthylcétone, 2propanone, propan-2-one et béta-cétopropane.

 Manipulation : Mode opératoire: * On commence par remplir le tube capillaire avec de l’acétone a une hauteur de 35mm. *On visser la capillaire en haut de l’appareil de diffusion. *on met en contacte l’une des extrémités du capillaire à la pompe à air se trouvant à l’intérieure de l’appareil à l’aide d’un tuyau .Chauffer le bain à 500C. * On ajuste la hauteur verticale et la distance du microscope par rapport au capillaire jusqu’à ce que le ménisque à l’intérieure de ce dernier soit visible. *on aligne le ménisque avec une graduation convenable (0). *On chauffe notre bain à une température de 50 degré C. * On inscrit la quantité du liquide dans le capillaire après chaque 10minutes.

Exploitation des résultats : Appareillage : ArmfieldGaseous Diffusion APPARATUS : Dispositif pour l'étude de transfert de masse et la diffusion gazeuse utilise traditionnellement un tube capillaire dans un bain d'eau chaude, avec un microscope de déplacement servant à mesurer la vitesse de diffusion au cours d'une période de temps. Bien que capable de donner de bons résultats, ce type d'appareil ne fut pas sans ses inconvénients, en particulier la facilité d’utilisation.

Exploitations des résultats :

t(min)

0

30

40

50

60

70

80

t( s )

0

1800

2400

3000

3600

4200

4800

L-L₀ (mm)

0

0.5

1.1

1.8

2.4

3

3.6

t/(L-L₀) ( s/mm)

0

3600

2181. 1666.66 1500 8

1400

1333.3

1- Le graphe t/(L-L₀) en fonction de L-L₀ :

t/(L-L0) s/mm 4000 3500

t/(L-L0)

3000 2500 2000 1500 1000 500 0

0

0.5

1.1

1.8

2.4

3

3.6

(L-L0)

 Le graphe est un droite linéaire  t/(L-L₀) augmente proportionnellement avec l’augmentation de L-L₀ . La pente : S = tgα = Δ(t/L-Lo)/Δ(L-Lo)=370.36

S=370.36

2- Le coefficient de diffusion D (m²/s) : On a : L²-L₀² = ( 2M.D/ρ˻) (( Cᴀ.Cт ) / Cb) .t (L-L₀)(L-L₀+2L₀) = (2M.D/ρ˻)( Cᴀ.Cт ) / Cb) .t t/(L-L₀) = [ L-L₀+2L₀] / [ (2M.D/ρ˻)( Cᴀ.Cт) / Cb) ] t/(L-L₀) = [ (L-L₀+2L₀ )(ρ˻. Cb) ] / 2M.D. Cᴀ.Cт t/(L-L₀) = [(L-L₀)(ρ˻. Cb)]/ (2M.D. Cᴀ.Cт ) + ( L₀ρ˻. Cb) / (M.D. Cᴀ.Cт ) La pente S = ρ˻. Cb / 2M.D. Cᴀ.Cт Donc : D = ρ˻. Cb / S. 2M.Cᴀ.Cт

Tels que : ρ˻= 730 (kg/m³) M= 58,8 (kg/kmol) S =370.36  On calcule Cᴀ ; Cb ; Cт : On a la relation suivante : L2-L02 = (2M.D/𝛒L)(CA.CT/Cb).t On va sortir le coefficient du la diffusion alors, on obtient : D= L2-L02. 𝛒L. Cb / 2.Ca .CT .t . M D’abord, il faut déterminer les concentrations : On a la loi : PA= PT. XA 2 P (acetone) =73 KN/m PT= 73 KN/m2 D’après la loi du gaz parfait : →

PA = n RTA / VA

PA VA=n RTA →

PA=CA R TA

CA= PA /R TA CA= 73/8.32 (50 +273) = 0.027 K mol /m3 CA=27 mol/m3 CT= PT/R TT PT= 1 atm =1.013.105 Pa CT =1.013 105 /8.32 (50+273) = 0.03769 K mol /m3 = 37.69 mol/m3 CT= 37.69 mol/m3 CT = CA + CB

→

CB = CT –CA=37.69 – 27 =10.69mol/m3

CB = 10.69 mol /m3 Donc; on a les concentrations ; on les remplace dans la relation du le coefficient de la diffusion D Alors ; on trouve : D= L2-L02. 𝛒. Cb / 2.Ca .CT .t . M D= (3.6 10-3)2. 73. 10,69 /2 .27.37, 69.4800.58,8 .103=1,76062598 .10-14 D= 1,7606.10-14 m2/s  On utilise le capillaire car son diamètre est étroit par apport à tube normal.  On garde la température à 50ºC car c’est la température d’ébullition d’Acétone.  Nous utilisons l’air comme porteur des molécules d’Acétone.  On utilise l’acétone comme solvant car il est très volatil et trop léger par apport à l’eau (moins vapeuré)et protéger la santé.



Conclusion :

Dans ce TP, on a réalisé la méthode de WINKLEMANN pour ce phénomène et on a déterminé le coefficient de diffusion par évaporation de la surface du liquide et déterminer aussi la diffusivité de la vapeur d’un liquide .

Le coefficient de la diffusion dépend de la concentration de solution utilisée (dans ce TP c’est l’acétone). Le coefficient de la diffusion des gaz est proportionnel de la concentration et la longueurdu tube.