NH3, solubilité etc.

[mesalu]

Bonjour, Je suis opérateur en usine et travail avec du NH3.
J'aimerai apporter une amélioration à un procédé, mais je manque de connaissances et j'aimerai poser des questions simples, auquels j'ai besoin de réponses simples....
J'ai compulsé les infos que j'ai pu glaner sur le net, voici ce qu'il en ressort, j'aurais besoin de confirmation et de réponses avant de poursuivre mon étude. Pour présenter mon projet, je préfére utiliser les mots justes.
Merci a ceux qui se prendront le temps de m'éclairer.
Pour info je ne suis titulaire que d'un BEP génie chimique....
1. est t'il juste de dire que la tension vapeur NH3 à 3 Bars absolue est de -9°C ?, mes valeurs justes ?
2. existe t'il des tableurs permettant de donner la tension vapeur en fonction de la pression (je galere sur des courbes approximatives !), ou alors une equation permettant a ma calculette de tracer une courbe ?
3 La solubilité dans l'eau, à 2 bars 716 g/L, donc a 2 bars environs 36% de concentration représente la solubilté max (saturation) NH4OH ?
4. 10 M3 de NH3 GAZ, représente une masse d'environs 7.3 kg. Juste? Qu'importe la pression ?
5. Si je plonge une bonbonne de NH3 dans un volume d'eau suffisant pour permettre une dissolution sans passer au dessus de la saturation, et que j'ouvre la bonbonne , vais-je absorber le NH3, ?
6. J'obtiendrais du NH4OH? ammoniaque en solution ?
7. Dans mon principe je désirerai dissoudre (absorber?)10 M3de NH3 gaz dans un ballon d'eau adapté en volume et mis sous vide (100 mBars Abs), sans utiliser de tour d'absorpsion , juste un diffuseur ! !
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[obi76]

Déplacé en chimie.

Pour la modération,

[mesalu]

Aurais je cree un impair? Même pas une reponse ? Help .

[invite2313209787891133]

Bonjour

1. est t'il juste de dire que la tension vapeur NH3 à 3 Bars absolue est de -9°C ?, mes valeurs justes ?

Oui, c'est exact.

2. existe t'il des tableurs permettant de donner la tension vapeur en fonction de la pression (je galere sur des courbes approximatives !), ou alors une equation permettant a ma calculette de tracer une courbe ?

Tu peux utiliser le fichier que j'avais posté sur cette discussion (il faut choisir "ammonia" dans la liste déroulante): http://forums.futura-sciences.com/ch...-chimiste.html

3 La solubilité dans l'eau, à 2 bars 716 g/L, donc a 2 bars environs 36% de concentration représente la solubilté max (saturation) NH4OH ?

Je n'ai pas vérifié tes chiffres; il faut savoir si cette solubilité est exprimée pour le mélange eau + ammoniac, ou pour la masse d'ammoniac dans 1l d'eau pure. Au passage attention à la température, car la solubilité de l'ammoniac diminue très vite quand on chauffe.

4. 10 M3 de NH3 GAZ, représente une masse d'environs 7.3 kg. Juste? Qu'importe la pression ?

Non, ça dépend de la pression et de la température. A pression atmosphérique et à température ambiante 1m3 d'ammoniac va peser environ 0.76kg. A 10b il pesera 10x plus.
Pour calculer précisément il faut utiliser la relation PV=nRt: http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_par...s_gaz_parfaits

5. Si je plonge une bonbonne de NH3 dans un volume d'eau suffisant pour permettre une dissolution sans passer au dessus de la saturation, et que j'ouvre la bonbonne , vais-je absorber le NH3, ?

Pas forcément. Il faut que les molécules de NH3 rencontrent des molécules d'eau. Si le milieu n'est pas suffisamment agité ça ne marchera pas. Tu peux faire la comparaison avec du sucre que tu verses dans un café: Si le café n'est pas agité assez vite du sucre solide aura le temps de se déposer au fond de la tasse.

6. J'obtiendrais du NH4OH? ammoniaque en solution ?

Oui

7. Dans mon principe je désirerai dissoudre (absorber?)10 M3de NH3 gaz dans un ballon d'eau adapté en volume et mis sous vide (100 mBars Abs), sans utiliser de tour d'absorpsion , juste un diffuseur ! !

Oui il n'y a pas de raison que ça ne fonctionne pas, par contre il faut déterminer la solubilité à cette pression et voir quelle est la température de travail pour connaitre la taille de ce ballon. En outre il faudra certainement dissiper la chaleur produite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mesalu]

Merci bcp Dudulle

[mesalu]

Il me reste des questions

A force de compulser, calcluer etc...
Je découvre que la masse volumique du NH3 change avec la pression! L'enthalpie aussi ??
Je suppose que l'on parle de la phase liquide.

Sur NH3 j'utilisais enthalpie de vaporisation 1357Kjoules/kg
et la je decouvre ceci

A 1 bar elle serait donc 449.6 Kjoules/kg ?
Pareil pour la chaleur massique, j'utilisais 4.601 Kjoules/Kg/°K...et la nous serions à 10.8...

J'ai trouvé ca là
http://www.ammonia-properties.com/NH3TablesWeb.aspx

Je suis inquiet, tout est a revoir.

[invite2313209787891133]

Bonjour

La masse volumique du gaz change avec la pression en effet, ce qui est logique puisque l'on compresse la même quantité de gaz dans un volume plus petit.

En ce qui concerne l'enthalpie de vaporisation celle ci est environ de 1360kJ/kg; la valeur que tu as trouvée doit être fausse.
Le plus simple pour toi serait de télécharger la version d'essai de component plus sur ce lien: http://www.prosim.net/fr/reg/Register.php
Elle est limitée à 30 composés, mais il me semble que l'ammoniac en fait partie.
Pour avoir accès aux téléchargement il faut remplir un formulaire, mais tu n'es pas obligé de mettre de vraies informations si ça te dérange de le faire.

[mesalu]

Merci encore Dudulle de te porter a mon secours...
Oui la masse volumique du gaz change avec la pression, mais la phase liquide, elle ne varie pas ?
Je crois que j'ai en fait un probleme de vocabulaire en ce qui concerne la thermodynamique...

Voici le travail que je prépare, si vous pouviez un peu me dire ou se trouvent les erreurs (en esperant qu'ils ne sont pas trop nombreux...)
Pour faire simple, le probleme est le suivant: je me retrouve avec 150 litres de NH3 Liquide dans une conduite , la seule facon de l'extraire la pression d'aspiration d'un compresseur à 3 Bars abs.
Voila mon diagnostic.
La densité de l’ammoniac étant 697Kg/M3
Cela représente donc 150/1000 X 697 = 104 Kg

Ce liquide contient une énergie de départ (la température du NH3 )
Admettons que celui-ci avoisine les 15°C.
L’évaporation du NH3 est endothermique, le fait de s’évaporer va réfrigérer le liquide.
Evaporer 1 Kg de NH3 absorbe une énergie de 1357Kjoules, il faut donc apporter de l’énergie pour vaporiser.
La tension vapeur de l’ammoniac à 3 bars est –9°C.
Nous disposons donc d’une énergie de départ de 15 à –9°C
Cela représente 24°K.
La capacité thermique massique de l’ammoniac est 4.601Kjoules/Kg
Q=MCΔt
Q= 104x 4.601x24
Q= 11484
- Les 104 Kg d’ammoniac piégé dans la tuyauterie ont une capacité thermique de 11484 KJoules, pour une pression de 3 Bars et un départ température à 15 °C.

- Sans apport d’énergie nous disposons donc de 11484 Kjoules
- Vaporiser 1 Kg de Nh3 absorbe 1357 Kjoules

Enthalpie
Q= M Lv

11484 : 1357 = 8.5

- Avec 11484Kjoules nous vaporisons 8.5 Kg de NH3

Nous avions donc 104 Kg d’ammoniac a évaporer, nous disposons de l’énergie pour en vaporiser 8.5 Kg, il reste encore 104 -8.5= 95.5 Kg à évaporer !

Cela représente 129600 Kjoules ( 95.5 x 1357 = 129600 )


A ce stade, il reste 95.5 Kg d’ammoniac à
–9°C dans la tuyauterie, le compresseur est en service, la pression indique 3 bars ( tension vapeur 3 bars pour –9°C).

Si vous avez suivi le raisonnement jusque là, vous me direz que j’ai omis un facteur, la température extérieur qui apporte de l’énergie.

Oui notre liquide à – 9°C sera réchauffé par l’air ambiant ; s’i celui ci est au dessus de – 9°C !
Nous sommes bien d’accord s’il fait – 9°C c’est 95.5 KG d’ammoniac qui resteront dans les conduites!


Bien heureusement il ne fait pas toujours –9°C (ou moins encore).
Admettons qu’il fasse 10°C.
Nous disposons alors d’un Δt de 19°C entre la température extérieure et le liquide NH3 qui vaporise à 3 Bars.

Déjà une tuyauterie n’est pas un échangeur thermique, il nous faut donc mesurer la capacité thermique d’échange d’une tuyauterie 3 pouces.

Je fais donc l’expérience de poser une tuyauterie 3 pouces que je rempli d’eau fraîche, je la dépose dans la chambre chaude.
L’eau à une chaleur spécifique plus avantageuse que l’ammoniac
( 10%), elle chauffera un peu plus vite que ne le ferai de l’ammoniac.
Je respecte la différence de température de 19 °C environs.
Ce Δt sera d’ailleurs constant dans le cas d’une vaporisation et d’une stabilité de la T° extérieur. .

- Expérience


Je dépose dans une tuyauterie 3 pouces 10 litres d’eau à 10 °C.
Celle-ci déposée en chambre chaude à 40 °C, je relève régulièrement la T°.
Après 30 mn l’eau à atteint 20°C(Δt toujours supérieur à 19°K).
Elevation T° 10°K
Chaleur massique de l’eau 4.186 Kjoules/°K
Bilan thermique :
Q=MCΔt

Q=10x4.186x10

Donc 419 Kjoules d’énergie en 30 mn appliqués à 10 L.

- Je transpose l’expérience.

Dans nos tuyauteries il reste 95.5 litres, je peu donc multiplier l’énergie par 9.5, car la tuyauterie( échangeur dans notre cas) est proportionnelle au volume qu’il renferme. .

L’influence de la T° ext apporte donc 419 X 9.5 = 3981 Kjoules/30 Mn
Soit 133 Kjoules/Mn



- Bilan

Je rappel qu’il nous fallait trouver un apport de 129600 Kjoules pour pouvoir vaporiser le reste d’ammoniac sous condition de 3 Bars.

La T° extérieur apporte 133 Kjoules/Mn

129600 : 133 = 974 Mn

Donc il faudra plus de 16 heures pour vaporiser, quand la T° extérieure est de 10 °C !……..

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je suis impressionné par ton analyse, tu as été très loin dans l'observation et la déduction ; il est dommage que tu n'ai pas continué des études dans le domaine.

Pour répondre à tes questions:
- Non, la masse volumique du liquide ne change pas (du moins pas dans des proportions mesurables).
- La capacité d'échange n'est pas liée au volume, mais à la surface de la conduite. Pour faire les calculs on utilise ce qu'on appelle un "coefficient d'échange global". Avec l'exemple que tu donnes on peut prendre une valeur de 10W par m² de conduite et par degré d'écart entre les 2 parois, c'est à dire que pour 1°C de différence on laisse passer 10W (donc 10 joules toutes les secondes) par m² de surface de conduite. Avec 2x plus de surface on fait passer 20W, avec 2°C de différence on fait passer 2x plus.

- Par contre il y a une erreur dans tes hypothèses de départ; étant donné que la pression de vapeur saturante de l'ammoniac est de 3b à -9°C il est impossible d'avoir du liquide à 15°C et à 3b; je suppose qu'il était à 7.3b à 15°C.
Avec ces paramètres, en décompressant 104kg d'ammoniac à 1b, 33kg vont s'évaporer, et le liquide descendra à -48°C

[mesalu]

Effectivement, quand j'ai 15 °C, je suis a 7.3 Bars(j'avais pensé qu'il n'était pas nécessaire d'en préciser la pression).
Mais quand je le détend, j'arrive jusqu'a 3 Bars, j'ai donc calculé une évaporation de 8.5 kg.(toi tu trouves 33Kg, à 1 bars)
Je n'ai pas les moyens techniques de descendre sous de 3bars abs.
J'avais mal fait mon énnoncé.
Pour ce qui est de l'échange thermique, cela m'interesserai d'avoir plus d'explications sur le sujet aussi.....(mais dans un second temps)
Je vois donc que l'énergie que tu extrime en watt est un travail temp/joules ??
Je vais tenté une expérience, quand je serais à 3 bars et - 9 °C, je dégazerai le reliquat en partie basse, en l'absorbant dans l'eau , dans une capacité graduée de 1000 Litres.
A la fin du dégazage 1 bar Abs, je relèverai le niveau( pour voir si j'ai bien récupéré une 100 aine de Kg, évidement en volume) , et corroborerai aussi avec une analyse de concentration NH4OH.
Qu'en penses-tu ?
En tous cas , je suis vraiment content d'avoir été aidé, j'apprécie le temps que tu me consacres.
Merci.

[invite2313209787891133]

J'avais mal compris tes explications.
Donc avec les nouvelles données j'ai environ 8.9kg d'ammoniac évaporé, et la température chute à -9°C.
La différence est surement causée par des approximations sur les enthalpies de vaporisation et les chaleur massiques (en réalité celles ci dépendent de la température) ; mais globalement on voit que la quantité est presque identique donc ton approche est correcte.

En ce qui concerne ta manipulation il faut quand même faire attention de ne pas s'exposer, et être sur que les éléments que tu vas utiliser résistent bien à la pression.
En passant à 1b l'ammoniac gazeux descendra à -33, mais en mélange avec l'eau la température ne devrait pas dépasser 15°C (avec une eau initialement à 20°C), donc à priori pas de problème de solubilité.
Pour vérifier la quantité d'ammoniac le plus précis est encore de faire un dosage acide base.

[mesalu]

Hello, j ai procede a des essais. Mais il y a des trucs bizzare. J ai dissous le nh3 dans 800 litres d'eau . Après dissolution j'avais 870 litres. Donc j'en ai déduis que j'avais dissous 70 litres donc moins en kg(densité nh3). Je décide de faire analyser la concentration .j'ai apporte la solution au labo en précisant nh4oh. Ils ont trouves une concentration de 13,9% ! je n'y comprend rien, je ne sais pas si cela represente 121 kg de nh3, ou litres ? De plus ça ne correspond pas a l'augmentation de volume de 70 litres. Help