Design of a static micro-cell for phase equilibrium measurements: measurements and modelling
Conception d'une micro-cellule pour mesures d'équilibres de phases : mesures et modélisation
Résumé
This study covers the design of a new apparatus that enables reliable vapour pressure and equilibria measurements for multiple liquid and vapour phases of small volumes (a maximum of 18 cm3). These phase equilibria measurements include: vapour-liquid equilibrium (VLE), liquid-liquid equilibrium (LLE) and vapour-liquid-liquid (VLLE). The operating temperature of the apparatus ranges from 253 to 473 K and the operating pressure ranges from absolute vacuum to 1600 kPa. The sampling of the phases is accomplished using a single Rapid-OnLine-Sampler-Injector (ROLSITM). A novel technique is used to achieve sampling for each phase. The technique made use of a metallic rod in an arrangement to compensate for volume changes during sampling. As part of this study, vapour pressure and phase equilibrium data were measured to test the operation of the newly developed apparatus. New experimental vapour pressure and VLE data were also measured for systems of interest to petrochemical companies. The experimental vapour pressure data obtained were regressed using the extended Antoine and Wagner equations. The experimental VLE data measured were regressed with thermodynamic models using the direct and combined methods. For the direct method the Soave-Redlich-Kwong and Peng-Robinson equations of state were used with the temperature dependent function (α) of Mathias and Copeman (1983). For the combined method, the virial equation of state with the second virial coefficient correlation of Tsonopoulos (1974) was used together with one of the following liquid-phase activity coefficient model: TK-Wilson, NRTL and modified UNIQUAC. Thermodynamic consistency testing was also performed for all the VLE experimental data measured where almost all the systems measured showed good thermodynamic consistency for the point test of Van Ness et al. (1973) and direct test of Van Ness (1995).
Cette étude couvre la conception d'un nouvel appareil qui permet la mesure fiable de pressions de vapeur d'équilibres à plusieurs phases à partir de petits volumes (un maximum de 18 cm3). Les mesures d'équilibres de phase concernant la présente étude incluent : des équilibres "liquide-vapeur" (ELV), "liquide-liquide" (ELL) et " liquide-liquide-vapeur" (ELLV). La température de fonctionnement de l'appareil s'étend de 253 à 473 K pour une pression de fonctionnement qui s'étend du vide absolu à 1600 kPa. Le prélèvement des phases est réalisé grâce au Rapid On line Sampling Injector (ROLSI™). Une technique originale est ajoutée en complément du ROLSI™ pour éviter des chutes de pressions lors du prélèvement. Cette technique utilise une tige métallique afin de compenser les changements de volume lors des prélèvements. Des mesures de tensions de vapeur et d'équilibres de phase ont été entreprises pour caractériser le fonctionnement de l'appareil conçu et développé. Ensuite de nouvelles mesures de tensions de vapeur et d'ELV ont été mesurées sur des systèmes intéressant les compagnies pétrochimiques. Les données expérimentales de pression de vapeur obtenues ont été régressées en utilisant les équations étendues d'Antoine et de Wagner. Les données expérimentales d'ELV mesurées ont été régressées avec des modèles thermodynamiques au moyen des méthodes directes et combinées. Pour la méthode directe les équations d'état de Soave-Redlich-Kwong et de Peng-Robinson ont été employées avec la fonction (α) de Mathias et Copeman (1983) dépendante de la température. Pour la méthode combinée, l'équation du viriel (deuxième coefficient du viriel de la corrélation de Tsonopoulos (1974)) a été employée associée à un modèle de solution (coefficient d'activité) pour la phase liquide: TK-Wilson, NRTL et UNIQUAC modifié. Des tests de cohérence thermodynamique ont été exécutés pour toutes les données expérimentales de VLE mesurées. Presque tous les systèmes mesurés ont déclarés thermodynamiquement cohérents (test de point de Van Ness et autres (1973) et test direct de Van Ness (1995).
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