Mesure d’enthalpie de mélange par calorimétrie à écoulement

Calnesis est l’un des rares laboratoires dans le monde à proposer ce type de mesures calorimétriques et à disposer du savoir-faire nécessaire à la mise en œuvre de cette technique expérimentale.

Quel est l’intérêt de la calorimétrie à écoulement ?

La technique de calorimétrie à écoulement permet de mesurer l’enthalpie de mélange de deux fluides. Concrètement, on parle de chaleur de réaction chimique, de chaleur de dissolution de gaz ou d’enthalpie d’excès d’un mélange entre deux liquides, ou entre un gaz et un liquide. Indirectement, cette technique permet la mesure de la constante de réaction en fonction de la température. Elle permet aussi de déterminer le nombre d’équivalent « réel » d’une réaction. Cette technique est complémentaire et certaines fois plus efficace que la calorimétrie « batch », notamment pour réaliser des mesures sous pression ou dans le cas du « scale-up » d’un procédé continu.

Quel est le principe de la mesure par calorimétrie à écoulement ?

Le signal calorimétrique est basé sur le flux thermique échangé entre la cellule de mélange et le bloc calorimétrique durant le mélange. Celui-ci est effectué dans une unité de mélange spécialement conçue pour être intégrée à des calorimètres de type Calvet Setaram C80 ou BT2.15. L’écoulement des fluides est assuré par deux pompes haute pression. Les deux fluides circulent dans des tubes inox et se rencontrent au point de mélange. Le mélange circule ensuite dans un tube inox enroulé en spires en contact thermique avec l’intérieur de la cellule de mélange.

Un ou plusieurs pré-chauffeurs sont placés le long de la ligne d’écoulement pour contrôler la température des fluides entrants dans le calorimètre. Celle-ci doit être maintenue constante et précisément à la même valeur que celle de la cellule de mélange. La pression est mesurée en sortie de la cellule. Elle est maintenue constante à l’aide d’un réservoir tampon rempli d’azote. Afin de préserver les pompes haute pression, notamment de la corrosion, une boucle d’injection peut être ajoutée entre les pompes et la cellule de mélange. Différentes compositions de mélange peuvent être obtenues en modifiant le rapport des débits des pompes.

La calibration du calorimètre se fait par ajustement d’une constante de calibration. Elle peut-être déterminée par effet joule ou par une calibration chimique en mesurant la chaleur de mélange d’un système de référence.

La calorimétrie à écoulement est une technique de pointe qui permet d’obtenir beaucoup d’information sur des mélanges de composés : enthalpie de mélange, limite de solubilité, etc.

Mickaël Simond, Président et Directeur commercial, Calnesis

Les avantages de la calorimétrie à écoulement

Le mode de mesure dynamique présente des avantage certains. En effet, Il n’engendre pas d’erreur suite à l’intégration de pics. Il permet un calcul facile des compositions de mélange. Il limite les effets de corrosion. Le temps de mesure est aussi relativement court (20 minutes par composition) et il n’y a pas de perturbations liées à l’agitation. En contrepartie, la connaissance des propriétés volumiques des fluides étudiés est nécessaire. Mais elle peuvent aussi être mesurées par Calnesis…

Quel type de résultats obtient-on par calorimétrie à écoulement ?

La figure ci-dessous montre les courbes caractéristiques obtenues. Elle est issue d’une étude concernant le captage du dioxyde de carbone par des solutions absorbantes d’amine. On retire de cette expérience plusieurs informations. On mesure l’énergie dégagée par la réaction en fonction du nombre de mole de réactifs (plateaux). Mais on peut aussi retrouver le nombre d’équivalent de la réaction qui correspond dans ce cas au taux de charge de CO2 pouvant être absorbé par quantité de solvant (ici 1 mole de CO2 pour 1 mole d’amine).

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Ce type d’étude complète fait l’objet d’un rapport détaillé intégrant les données expérimentales et les conclusions tirées en vue de répondre à votre problématique.

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