énergie requise pour le dessalement de l'eau de mer

[invite029b11c3]

Bonjour,

on sait théoriquement que la quantité d'énergie nécessaire pour dessaler l'eau de mer est de 0,65 kW.h pour un m3 d'eau douce produite.
Quelqu'un pourrait-il me démontrer comment on trouve cette valeur svp ?

je vous remercie
-----

[Blender82]

Bonjour,
pour dessaler l'eau de mer, il vaut avant tout la faire s'évaporer (du moins l'eau).
Il faut savoir que l'eau de mer est à une température de 12°C chez nous.
Pour élever la température de l'eau d'un degré, il faut 4185 J (on arrondira à 4200 J).
Il faut donc
E_e=(100-12)*4200
E_e=370 000 J
Donc il faut 370 000 J pour évaporer un litre d'eau.
Cordialement,

Blender82

[invite029b11c3]

Merci de votre réponse

cependant on me dis que l'estimation de cette valeur (O,65) est basée sur les lois de la thermodynamique avec les hypothèses suivantes:
- les températures initiales et finales sont identiques
- la salinité de l'eau de mer est constante

Comment fait-on pour trouver la valeur sachant que nous avons les enthalpie de formation de NaCl = - 411,2 kJ/mol ?

merci

[Blender82]

- la salinité de l'eau de mer est constante

Impossible ça !
Si vous faites évaporer de l'eau, la concentration en sel augmente.
Le 0,65 pour vous l'expliquer il me faudrait le moyen de chauffage et je vous le fait !

Blender82

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite029b11c3]

Mais comment se fait-il qu'on me dit que cette énergie théorique est valable quelque soit le procédé utilisé ?

[Gramon]

il faut résoudre le problème sans se préoccuper de la façon dont le dessalement est fait. Tu peux très bien le faire par osmose inverse ou par distillation, l'énergie théorique ne change pas.

tu peux calculer ça en faisant le réaction suivante:

eau douce + sel --> eau salée.

dans 1 m3 d'eau douce tu rajoutes environ 40 kg de sel.

tu calcule avec l'enthalpie d'hydratation du sel.

[invite029b11c3]

Merci pour votre réponse,

justement comme je suis un peu nul en thermodynamique, quelle est la formule qui, avec l'enthalpie d'hydratation du sel, va me permettre de calculer la valeur théorique?

En tout cas merci beaucoup

[Gramon]

il faut faire une multiplication

l'enthalpie de dissolution est de 3,88 kJ/mol et tu multiplies par le nombre de moles

[mach3]

il faut résoudre le problème sans se préoccuper de la façon dont le dessalement est fait. Tu peux très bien le faire par osmose inverse ou par distillation, l'énergie théorique ne change pas.

tu peux calculer ça en faisant le réaction suivante:

eau douce + sel --> eau salée.

dans 1 m3 d'eau douce tu rajoutes environ 40 kg de sel.

tu calcule avec l'enthalpie d'hydratation du sel.

La dissolution du sel dans l'eau est endothermique, elle consomme de l'énergie. Dans cette logique le dessalement de l'eau de mer devrait rapporter de l'énergie, or il n'en est rien : il faut apporter de l'énergie pour dessaler l'eau de mer, et inversement on arrive à récupérer de l'énergie salant l'eau de mer (centrales à pression osmotique).

L'enthalpie n'est pas la bonne variable : elle concerne la chaleur consommé ou émise. La grandeur qui nous intéresse ici n'est pas la chaleur mais le travail : celui qu'on doit fournir pour que le dessalement s'opère et celui que l'on récupère dans une centrale osmotique. C'est donc l'enthalpie libre qu'il faut calculer. Une solution salée ayant une enthalpie libre plus basse que de l'eau et du sel chacun de leur coté, il faut donc fournir un travail pour transformer l'eau salée en eau+sel car c'est une transformation impossible au sens thermodynamique sans apport extérieur. La transformation inverse en revanche est spontanée et il y a donc un travail récupérable avec un dispositif adéquat.

Il faut donc calculer l'enthalpie libre de mélange de l'eau et du sel. Ce sera le travail minimal qu'il faudra fournir pour dessaler, aucun dispositif ne saurait dessaler en fournissant moins de travail, peu importe son principe ou la technique utilisée.

m@ch3

[chatelot16]

si on distille betement de l'eau de mer ca demande une energie considerablement superieure a cette valeur theorique

pour approcher de cette valeur theorique par distilation il faudrait une usine a gaz qui recupere la chaleur de condensation pour chauffer l'eau a distiller

il ne faut surtout pas laisser monter la concentration de sel dans la chaudiere : il faut faire sortir l'eau chaude legerement concentré en sel , en n'oubliant pas de la faire passer dans un echangeur pour recuperer la chaleur et prechauffer l'eau salé a distiller

a pression atmospherique la temperature de condensation de l'eau pure est plus faible que la temperature d'ebulition de l'eau salé : il faudrait une pompe a chaleur ... on peut aussi comprimer la vapeur pour faire une difference de pression entre l'evaporation et la condensation et faire une difference de temperature dans le bon sens

il semble que le systeme a osmose inverse approche plus facilement de la consomation d'energie theorique que la distilation

[Blender82]

Bonjour,
electron28 nous demande comment calculer le travail en W.h ce qui signifie quel travail faut-il effectuer en une seconde et combien de temps faut-il pour arriver à dessaler 1m³ d'eau de mer.
J'ai donné le travail nécessaire pour évaporer 1m³ précédemment (370 000 J). Si nous fournissons de l'énergie à l'eau à raison de 1 J.s il faudra un certain temps.
Il nous faut donc connaître la source de chaleur.

Blender82

[mach3]

electron28 nous demande comment calculer le travail en W.h ce qui signifie quel travail faut-il effectuer en une seconde

Les W.h sont une unité d'énergie, donc un travail, pas un travail par seconde. 0,65 kW.h pour un m3 d'eau douce, ça fait : 2,34MJ pour 55,56kmol, soit 42,12 J/mol d'eau douce.

m@ch3

[Blender82]

Désolé je me suis trompé dans les termes

[invite2313209787891133]

si on distille betement de l'eau de mer ca demande une energie considerablement superieure a cette valeur theorique

pour approcher de cette valeur theorique par distilation il faudrait une usine a gaz qui recupere la chaleur de condensation pour chauffer l'eau a distiller

il ne faut surtout pas laisser monter la concentration de sel dans la chaudiere : il faut faire sortir l'eau chaude legerement concentré en sel , en n'oubliant pas de la faire passer dans un echangeur pour recuperer la chaleur et prechauffer l'eau salé a distiller

a pression atmospherique la temperature de condensation de l'eau pure est plus faible que la temperature d'ebulition de l'eau salé : il faudrait une pompe a chaleur ... on peut aussi comprimer la vapeur pour faire une difference de pression entre l'evaporation et la condensation et faire une difference de temperature dans le bon sens

il semble que le systeme a osmose inverse approche plus facilement de la consomation d'energie theorique que la distilation

Pas besoin de pompe à chaleur, le dessalement par distillation se fait par effet multiple, en modifiant la pression de service. L'augmentation de concentration en sel en sortie de procédé est très faible.
La limitation ne vient pas de la solubilité du sel lui même, mais des traces de sulfate et carbonate de calcium qui vont précipiter à haute température.

[albanxiii]

Bonjour,

Je passais pas là et je me permet de rectifier.

Pour élever la température de l'eau d'un degré, il faut 4185 J (on arrondira à 4200 J).
Il faut donc
E_e=(100-12)*4200
E_e=370 000 J
Donc il faut 370 000 J pour évaporer un litre d'eau.

Non, là vous l'avez juste portée à 100 °C. Il faut ensuite fournir la quantité de chaleur qui correspond à la chaleur latente de vaporisation pour 1 L d'eau.

[chatelot16]

inutile de compter la chaleur pour passer l'eau a dessaler de la temperature ambiante a 100° car elle peut etre recupéré en refroidissant l'eau condensé

ensuite la quantité de chaleur pour evaporer l'eau ne doit pas etre perdue : elle peut aussi etre recuperé dans le condenseur

sauf que la temperature d'ebulition de l'eau salé est superieure a la tenperature de condensation de l'eau pure : c'est ce detail qui determine la consomation d'energie minimum d'un appareil de distilation parfait

mon idée de pompe a chaleur pour recuperer l'energie du condenseur n'est que la plus facile a comprendre : dans l'industrie ... ou pour faire de l'eau douce dans les bateau a vapeur il y a bien les appareil a distiller a multiple effet ... grace a des difference de pression la meme quantité de chaleur fait fonctionner 4 distillateur imbriqué a des temperatures decallé grace a des pression differente

[ansset]

bonjour,
il n'y a pas qu'une solution de désalinisation.
à echelle reduite, l'osmose inverse par exemple est très prometeuse.

[chatelot16]

l'osmose inverse n'est pas que prometeuse ! elle est deja la solution classique dont la consommation d'energie est la plus faible

[invite029b11c3]

Bonjour,

je suis un peu beaucoup perdu
mon prof m'a demandé de retrouver la valeur théorique de 0,65 kWh par des calculs mais je ne sais toujours pas.

[mach3]

Ce qu'il te faut ce sont les enthalpies et entropies de dissolution du sel dans l'eau. Ou, à la rigueur, vu l'hypothèse faite, les enthalpies et entropies d'évaporation de l'eau pour l'eau de mer et l'eau pure à température ambiante. Peut-être alors regarder du coté de la tension de vapeur de l'eau pure et d'une solution de NaCl...
L'enthalpie de formation de NaCl ne me parait pas pertinente pour répondre à la question : que faire d'une donnée qui correspond à la réaction du dichlore gazeux sur le sodium métal dans le cas du dessalement de l'eau de mer je me le demande, c'est plutôt farfelu.

m@ch3

[invite029b11c3]

Oui je dispose des enthalpies mais ensuite je ne sais pas comment faire. faut-il faire un cycle ?

[mach3]

Oui je dispose des enthalpies mais ensuite je ne sais pas comment faire. faut-il faire un cycle ?

Quelles sont toutes les données que tu as à disposition? comment veux-tu qu'on t'aide si tu ne donnes pas tous les renseignements? On peut faire un cycle par exemple, mais je ne sais pas si c'est la meilleure approche, ça dépend justement des données que tu as.

m@ch3

[invite029b11c3]

je dispose des enthalpies de formation du NaCl qui est de -411,2 kJ/mol et des enthalpies de Na+ et Cl- qui sont de -240,1 kJ/mol et -167,2 kJ/mol respectivement. mais je ne sais pas quoi faire de ces valeurs

je vous remercie de votre aide

[invite029b11c3]

d'autre part, je dois utiliser les hypothèses qui sont:
Température initiale et finale qui sont identiques
et la concentration en sels et costante

[mach3]

je dispose des enthalpies de formation du NaCl qui est de -411,2 kJ/mol et des enthalpies de Na+ et Cl- qui sont de -240,1 kJ/mol et -167,2 kJ/mol respectivement. mais je ne sais pas quoi faire de ces valeurs

j'ai du mal à voir quoi en faire moi aussi... ce ne sont pas ces données là que je voudrais en premier pour résoudre ce problème... Néanmoins on pourra peut-être en faire quelque chose.

En gros d'après les hypothèses, il nous calculer le travail nécessaire pour ôter une faible quantité d'eau pure d'une très grande quantité d'eau de mer : en effet si on veut que la concentration en sel ne change pas, il faut que la portion d'eau pure que l'on extrait soit négligeable. Moi ça m'évoque le potentiel chimique de l'eau, qui sera la variation de l'enthalpie libre à température et pression constante de l'eau de mer si on lui ajoute une quantité infinitésimale d'eau :



Le potentiel chimique de l'eau dans l'eau de mer est donné par :



où µ° est le potentiel chimique dans un état de référence adéquat (composé pur?) et a, l'activité de l'eau (qui vaudra 1 dans l'état de référence choisi). Bon c'est bien, mais pour l'instant ça ne mène nulle part car les données qu'on a ne correspondent pas du tout avec celles dont on aurait besoin... Je pars peut-être dans une mauvaise direction. Il faut continuer à réfléchir...

m@ch3

[invite029b11c3]

en tout cas merci, j'y réfléchis de mon coté aussi

[Gramon]

est-ce que tu peux écrire la donnée exacte?

[jeanne08]

Je poursuis l'idée de mach3 ... après a