Volatilité relative

La volatilité relative est une mesure comparant les pressions de vapeur des composants d'un mélange liquide de produits chimiques. Cette grandeur est largement utilisée dans la conception des procédés de distillation industrielle à grande échelle . Elle indique en effet la facilité ou la difficulté de séparer par distillation les composants les plus volatils des composants les moins volatils d'un mélange. Par convention, la volatilité relative est généralement notée : ${\displaystyle \alpha <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha }</annotation></semantics></math><img src=$

Les volatilités relatives sont utilisées dans la conception de tous les types de procédés de distillation ainsi que d'autres procédés de séparation ou d'absorption qui impliquent le contact de phases vapeur et liquide dans une série d' étapes d'équilibre .

Les volatilités relatives ne sont pas utilisées dans les procédés de séparation ou d'absorption impliquant des composants réagissant entre eux (par exemple, l'absorption du dioxyde de carbone gazeux dans des solutions aqueuses d' hydroxyde de sodium ).

Définition

Pour un mélange liquide de deux composants (appelé mélange binaire ) à une température et une pression données , la volatilité relative est définie comme

{\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi><mo>=</mo><mrow><mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>je</mi></mrow></msub><mrow><mo>/</mo></mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>je</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>j</mi></mrow></msub><mrow><mo>/</mo></mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>j</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mfrac></mrow><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>je</mi></mrow></msub><mrow><mo>/</mo></mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>j</mi></mrow></msub></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j}}</annotation></semantics></math></span><img src=

À concentrations liquides égales, les composants les plus volatils ont des pressions de vapeur plus élevées que les composants les moins volatils. Ainsi, un ${\displaystyle K <semantics><mrow><mstyle><mi>K</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle K}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle y/x <semantics><mrow><mstyle><mi>y</mi><mrow><mo>/</mo></mrow><mi>x</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle y/x}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle K <semantics><mrow><mstyle><mi>K</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle K}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle \alpha <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha }</annotation></semantics></math><img src=$ ≥ 1 puisque le plus grand ${\displaystyle K <semantics><mrow><mstyle><mi>K</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle K}</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle K <semantics><mrow><mstyle><mi>K</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle K}</annotation></semantics></math><img src=$

${\displaystyle \alpha <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha }</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle \alpha <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha }</annotation></semantics></math><img src=$ ${\displaystyle \alpha <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha }</annotation></semantics></math><img src=$

Un mélange liquide contenant deux composants est appelé mélange binaire. Lors de la distillation d'un mélange binaire, la séparation complète des deux composants est rarement obtenue. Généralement, la fraction de tête de la colonne de distillation est composée principalement du composant le plus volatil et d'une faible quantité du composant le moins volatil, tandis que la fraction de fond est composée principalement du composant le moins volatil et d'une faible quantité du composant le plus volatil.

Un mélange liquide contenant de nombreux composants est appelé mélange multicomposant. Lors de la distillation d'un mélange multicomposant, les fractions de tête et de fond contiennent généralement bien plus d'un ou deux composants. Par exemple, certains produits intermédiaires d'une raffinerie de pétrole sont des mélanges liquides multicomposants pouvant contenir des alcanes , des alcènes et des alcynes , allant du méthane (un atome de carbone) aux décanes (dix atomes de carbone). Pour distiller un tel mélange, la colonne de distillation peut être conçue (par exemple) pour produire :

Une fraction de tête contenant principalement les composants les plus volatils, allant du méthane (qui possède un atome de carbone) au propane (qui possède trois atomes de carbone).
Une fraction de fond contenant principalement les composants les moins volatils allant de l'isobutane (ayant quatre atomes de carbone) aux décanes (dix atomes de carbone).

Une telle colonne de distillation est généralement appelée dépropaniseur.

Le concepteur désignerait le propane comme point d'ébullition plus bas (ou une pression de vapeur plus élevée), et un composant lourd est un composant ayant un point d'ébullition plus élevé (ou une pression de vapeur plus faible).

Ainsi, pour la distillation de tout mélange multicomposant, la volatilité relative est souvent définie comme

${\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK})}{(y_{HK}/x_{HK})}}=K_{LK}/K_{HK <semantics><mrow><mstyle><mi>α</mi><mo>=</mo><mrow><mfrac><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>L</mi><mi>K</mi></mrow></msub><mrow><mo>/</mo></mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>L</mi><mi>K</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>H</mi><mi>K</mi></mrow></msub><mrow><mo>/</mo></mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>H</mi><mi>K</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mfrac></mrow><mo>=</mo><msub><mi>K</mi><mrow><mi>L</mi><mi>K</mi></mrow></msub><mrow><mo>/</mo></mrow><msub><mi>K</mi><mrow><mi>H</mi><mi>K</mi></mrow></msub></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle \alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK})}{(y_{HK}/x_{HK})}}=K_{LK}/K_{HK}}</annotation></semantics></math><img src=$

La distillation industrielle à grande échelle est rarement entreprise si la volatilité relative est inférieure à 1,05.

Les valeurs de ${\displaystyle K <semantics><mrow><mstyle><mi>K</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle K}</annotation></semantics></math><img src=$

${\displaystyle K <semantics><mrow><mstyle><mi>K</mi></mstyle></mrow><annotation>{\displaystyle K}</annotation></semantics></math><img src=$

Plus d articles de Worldlex Wiki

Revenez a l index pour explorer davantage de pages sur l histoire, la science, la culture, la geographie et la societe en francais.
Explorer l index