Développement d'un appareil automatisé de mesure simultanée d'équilibres de phases et de propriétés volumétriques. Exploitation des données volumétriques pour le calcul prédictif de grandeurs thermodynamiques dérivées
Résumé
In process engineering science, volumetric properties and phase equilibria are used together to design the various implied unit operations. This work mainly aims at automating an equipment based on the vibrating tube densimetry, equipment being used for simultaneous measurements of phase equilibria and volumetric properties. This densimeter works in a very broad range of pressures (from vacuum to 70MPa) anda t tempertures between 253.15 and 423.15 K. The purpose of automation is to ensure better security of workers, to allow a higher degree of accuracy of the obtained results and to generate numerous data without particular human care. Automatisation concerns first controlled introduction of th e fluid from loading reservoir via two alternative-turn valves, then the monitoring of a special pressurizing device connected to a motor reducer to compress and decompress very finely the liquid phase. The speed of compression and the relaxation is controllable by means of the intervalle of time between valves actuations and choice of the motor reducer rotation speed. The rate of pressure variations is adjustable with values lower than 0.001 MPa/s. This is completely invaluable in the case of fluid close to critical conditions where the heating effects are marked, ac it is proven inside the manuscript. Automatic valves where also added to protect the pressure transducers. A program was written to control the whole setup and to acquire and treat the values of the measuref deta. Equipment was used successfully for measurements on the system : carbon dioxide + isopropanol. A complete study of the volumetric properties of the mixture CO2 + isopropanol was carried out. The mixture was studied in temperatures ranging from 308 to 348 K and with pressures up to 15 MPa. Modeling of the experimental results is presented and comparaisons with literature data are performed. Neural networks are used to represent the volumetric properties of the mixture, as well as carbon dioxide derived properties (enthalpy, entropy and heat capacity). The results display the very good capacity of a neural network to represent volumetric properties and derived properties via learning and validation staps. In parallel, study of the detection of hydrate formation has been carried out in order to estimate the ability of vibrating tube densimetry to detect appearance of solids in gaseous mediums.
Dans le domaine des génies du procédés, les propriétés volumétriques accompagnées de valeurs d'équilibre entre phases, interviennent pour définir la taille et les propriétés des différentes opérations unitaires impliquées. Le présent travail vise principalement à automatiser un appareillage basé sur la densimétrie à tube vibrant, appareillage servant aux mesures simultanées d'équilibres en phase et des propriétés volumétriques. Ce densimètre travaille dans un très large domaine de pressions (du vide à 70 MPa) et à des températures entre 253.15 et 423.15 K. L'automatisation a pour but d'assurer une meilleure sécurité aux opérateurs, de permettre une plus grande décision des résultats obtenus et de générer beaucoup de résultats sans surveillance particulière. L'automatisation concerne en premier lieu l'introduction contrôlée du fluide à partir de la réserve de chargement via deux vannes qui travaillent en alternance, puis le pilotage d'un suppresseur connecté à un motoréducteur compresser et détendre très vivement la phase liquide. La vitesse de compression et la détente est contrôlable à partir de l'intervalle de délai d'alimentation entre les deux vannes de chargement et du réglage de la vitesse de rotation du motoréducteur. Les variations de pression sont désormais ajustables à des valeurs inférieures à 0.001 MPa/s. Ceci est tout à fait précieux dans le cas de fluides proches des conditions critiques où les effets thermiques sont marqués, comme il est prouvé à l'intérieur du manuscrit. Des vannes automatiques ont également été ajoutées pour protéger des capteurs de pression. Un programme a été écrit pour piloter l'ensemble de l'installation et acquérir et traiter les valeurs de grandeurs mesurées. L'appareillage a été utilisé avec succès pour des mesures sur le système : dioxyde de carbone + osipropanol. Une étude complète des propriétés volumétriques du mélange CO2 + isopropanol a été réalisé. Le mélange a été étudié dans une plage de températures de 308 à 348 K et à des pressions allant jusqu'à 15 MPa. Une modélisation des résultats expérimentaux est présentée et comparée avec des données de la littérature. Les réseaux de neurones ont été utilisés pour représenter les propriétés volumétriques du mélange, ainsi que les propriétés dérivées du dioxyde de carbone (enthalpie, entropie et la capacité calorifique). Les résultats montrent une très bonne capacité du réseau de neurones à estimer ses propriétés volumétriques et les propriétés dérivées via une phase d'entraînement et une phase de validation. Parallèlement, une étude sur la détection de la formation d'hydrate a été effectuée dans le but de connaître la possibilité de détection de l'apparition de solides dans des milieux par densimétrie à tube vibrant.