Brevet FR2474196A1 — publié le 19810724

L'invention concerne une cellule à chambre cylindrique, à disposer sensiblement verticale, à volume variable pour la détermination de la relation, à température donnée, entre pression et volumes respectivement liquide et gazeux d'un produit et/ou mélange en phase liquide surmontée d'une phase gazeuse et/ou vapeur, comportant un moyen d'introduction sous pression de produits liquides et/ou gazeux et un moyen de prise de pression. Des cellules de ce type, dans lesquelles on fait varier le volume de la chambre par la variation commandée d'une colonne de mercure qui remplit sa partie inférieure, sont couramment utilisées pour déterminer les relations pression-volume-température d'un produit ou mélange présentant normalement, à la température des mesures, une phase liquide et une phase gazeuse et/ou vapeur, Ces cellules sont utilisées, notamment, dans l'industrie pétrolière pour déterminer les équilibres gaz-liquides ou pour étudier la solubilité de liquides dans des gaz comprimés, Une cellule d'un tel type est décrite dans l'ouvrage Daniil SO Tsiklis, Bandbook of techniques in high-pressure research and engineering, Plenum Press, New York, (1968), pO 322 et sq. Mais une telle cellule ne permet pas de peser directement la masse de matière introduite et introduit donc une erreur due au fait qu'on "dose" la matière introduite par un dispositif volumétrique et qu'il n'y a pas de réelle pesée. Une autre cause d'erreur tient au fait que le volume de la chambre limitée par le niveau du mercure est calculé par différence avec le volume de mercure introduit, En outre, il est parfois utile de connattre les volumes respectifs de la phase liquide et de la phase gazeuse, ce qui n'est pas possible avec le dispositif précités Be but de l'invention est de proposer une nouvelle cellule, facile à tarer et à peser dans laquelle le volume actuel de la chambre à volume variable puisse être mesuré avec précision et dans laquelle on puisse déterminer également avec précision le niveau de la phase liquide. Ces buts sont atteints, selon l'invention, par une cellule du type décrit au début, grâce au fait qu'elle comporte, dans la chambre et pour faire varier son volume, un piston libre, pouvant être mû hydrauliquement par sa face inférieure, et, traversant sa paroi dans sa partie inférieure, un moyen d'admission et de raccordement à un circuit hydraulique de commande du piston libre. De cette façon on est affranchi du mercure qui ne permet pas une connection et une déconnection facile de la cellule. La commande hydraulique permet, en effet, de prévoir des raccords à clapets ou autres dispositifs anti-retour ou anti-fuites, comme il sera exposé plus loin. L'équilibre de pression entre les deux faces du piston réduit considérablement les risques de fuite. Il est conforme à l'invention que la cellule comporte une sonde coulissante de repérage-du piston libre0 Par la course mesurable de cette sonde descendué au contact de la surface supérieure du piston libre, on connais, au besoin avec une précision micrométrique, la hauteur libre de la chambre à volume variable, d'où on déduit aisément, par calcul, son volume actuel. Il est également conforme à l'invention que la cellule comporte une sonde de repérage du niveau de la phase liquide. Cette sonde pourra, par exemple, etre la même que la sonde de repérage du piston libre, mais portant, à cet effet, un élément thermolectrique, tel qu'une thernistance de mesure chauffée électriquement. Le même dispositif de mesure de course de la sonde pourra également servir à mesurer avec précision le niveau de la phase liquide0 L'invention permet, encore, de simplifier l'agitation par agitateur magnétique à mobile tournant d'axe vertical, par le fait que ce mobile peut être porté par le piston libre. Il est alors avantageux que le mobile soit logé dans un évidement en forme de cuvette prévu à compression. - ----- -- cr & sion. face supérieure du piston libre, d'o amélioration du taux de/ Pour faciliter la pesée, il est conforme à l'invention que la cellule constitue une unité repliable, Dar des raccords séparables, à une canalisation d'introducde Dression tion de produits et/ou à un circuit de mesure et/ou etålonnage7 et/ou un circuit hydraulique de commande du piston libre. Il est alors avantageux que le moyen d'introduction sous pression de produits liquides et/ou gazeux et le moyen d'admission raccordé au circuit hydraulique de commande du piston libre comportent un dispositif anti-retour. Selon un mode de réalisation préféré, le moyen d'introduction sous pression de produits liquides et/ou gazeux et/ou le moyen d'admission raccordé au circuit hydraulique de commande du piston libre sont des vannes à pointeau axial à commande hélicoidale. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui sera donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention0 On se reportera à cet effet aux dessins annexés dans lesquels, - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une cellule de l'invention, - la figure 2 est une vue à plus grande échelle de l'une des vannes utilisée dans l'appareil de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique, sans échelle précise, du dispositif de mesure de déplacement de la sonde de l'appareil de la figure 1. Une cellule I comprend un cylindre 2, normalement vertical, dont l'ouverture 3, dirigée vers le bas est fermée par un couvercle étanche 4 serré par des vis 5 et portant sur un joint circulaire 6. Avant de poser le couvercle 4, on a introduit dans le cylindre 2 un piston libre 7 portant/la paroi du cylindre 2 par un joint annulaire 8. Le fond du cylindre 2, c'est-à-dire la partie supérieure 9, comporte une première ouverture 10 avec logement fileté Il pour une vanne 30 d'introduction de produit, et une seconde ouverture 12 avec logement fileté 13 pour un capteur de pression 14.à raccorder à un instrument de mesure à distance.Par ailleurs, le couvercle 4 est traversé de façon étanche, par un conduit 15 débouchant dans une boute 16 comportant une ouverture 17 avec logement fileté 18 pour une vanne 31 de même type que la vanne 30. Le fond 9 du cylindre 2 porte un tube droit 19 débouchant dans le cylindre et s'étendant vertica lement vers le haut au-dessus du cylindre. Il est fermé à vis-à-vis de l'extérieur la partie supérieure et communique donc de façon étanche/ avec le cylindre 2. il est en matériau non-magnétique et il contient une sonde 20 pouvant coulisser librement et plongeant dans le cylindre où elle peut venir en contact avec la partie supérieure du piston libre 7 par son extrémité inférieure 21. Légèrement en retrait de son extrémité inférieure 21, la sonde porte une thermistance de mesure 22 raccordée à un appareil de mesure par deux conducteurs 23 spiralés dans le tube 19 au-dessus de la sonde et traversant le fond du tube 19.La sonde 20, qui est en matériau non-magnétique, porte un plongeur magnétique 24, associé à une bobine magnétique 24' de commande en hauteur de la sonde, et un aimant 25 associé à un détecteur 26 par selfinductance de position de la sonde, servant, selon le cas, à détecter la position du piston par contact entre l'extrémité 21 et le piston 7 ou le niveau liquide par la thermis- tance 22.Le détecteur 26 est porté par une table micrométrique 27 pouvant se déplacer avec une précision de mesure de 1 jnn par rapport à un bâti 27' grâce à un servo-moteur 28 asservi à un détecteur de ZérO 29 par une alimentation 28'o Les déplacements de la table micrométrique 27 sont affichés sur ut tableau numérique 40o Le piston libre 7 présente, sur sa face supérieure, une cuvette 41 portant un axe vertical 42 pour un agitateur magnétique à palette 43 pouvant être soumis à un champ tournant engendré par un inducteur 44. Le capteur de pression 44 comprend un raccord séparable 45. Les vannes 30 et 31 sont identiques. Elles comportent un corps 32 pouvant être vissé dans le logement fileté Il ou 18 et présentant un joint annulaire étanche 33 venant sur un palier circulaire 34 du logement ll ou 18. Dans le corps 32 est vissé un manchon 35 portant une aiguille 3.6 libre en rotation, mais non en translation. L'aiguille 36, qui peut donc être plus ou moins avancée par rotation du manchon, se termine par un pointeau 37 en coincidence de forme avec le fond du logement Il ou 18. Le pointeau 37 est traversé transversalement par un canal 38, dans lequel débouche l'aiguille 3o. Le manchon 35 et son aiguille 36 peuvent être raccordés de façon amovible par un raccord 39 à une canalisation appropfl e. De telles vannes assurent une étanchéi té parfaite, un contrôle parfait de l'ouverture ou de la fermeture des orifices d'alimentation respectivement en produit et/ou en fluide hydraulique. On On voit que l'appareil de l'invention fonctionne suivant un procédé statique avec utilisation d'une cellule à volume variable0 La variation du volume de la cellule peut être obtenue par compression à l'aide d'un fluide organique (hydrocarbure) en provenance d'une pompe hydraulique étalonnée. La connaissance de la quantité de fluide déplacée par la pompe à l'instant t, pourrait servir à une détermination moins fine du volume interne de la cellule a cet instant. Lathermistance 22 mobile verticalement permet de plus de con naître la position de l'interface gaz-liquide0 Les Les grandeurs déterminables à chaque expérience peuvent être la composition globale, la pression à 1 'in- térieur de la cellule et les quantités respectives corres pondantes de phases vapeur et liquide, ainsi que les volu mes molaires saturés gazeux et liquide du mélange, La tem pérature est imposée par un bain thermostaté, comme il est connu en soi. On peut facilement peser la cellule à 10 -3 g près pour déterminer la masse du produit, qui y reste sous pression grâce aux vannes anti-retour. La pression est mesurée avec le cap tueur de pression 140 Les compositions globales peuvent être calculées après pesée a 0,001 g près de chaque constituant in troduit. On remarquera que la cellule est extrê mement compacte, ce qui permet une thermorégulation uni forme de l'ensemble cellule-bloc de pressurisation évitant toute formation de gradient thermique. La cellule est conçue et réalisée de façon à réduire au maximum les possibilités de fuite de l'intérieur vers l'extérieur aux très hautes pressions. Le piston libre permet d'avoir une pression identique, à 1 bar près, de part et d'autre du piston mobile qui assure la séparation intérieur-extérieur du compartiment contenant le mélange et ce quelle que soit la pression interne produite par le mélange, Be volume interne de la cellule peut varier dans des proportions d'environ 1 à 10 ou mieux, permettant ainsi au mélange de passer d'un état tout liquide à un état tout gazeux en passant par un état diphasiqueO Bes points de bulle et de rosée peuvent être déterminés par examen de la courbe de pression en fonction du volume car ils correspondent à deux points de cassure sur cette courbe. Àu point de bulle, les fractions molaires liquides, xs et globales z sont identiques, tandis qu'au point de rosée c'est la fraction molaire gazeuse qui est identique à z. On remarquera, en outre, que la cellule de l'invention est facilement démontable pour son nettoyage. REVENDICATIONS 1) Cellule à chambre cylindrique, à disposer sensiblement verticale, à volume variable pour la détermination de la relation, à température donnée, entre pression et volumes respectivement liquide et gazeux d'un produit et/ou mélange en phase liquide surmontée d'une phase gazeuse et/ou vapeur, comportant un moye d'introduction sous pression de produits liquides et/ou gazeux et un moyen de prise de pression, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans la chambre et pour faire varier son volume, un piston libre, pouvant être mû hydrauliquement par sa face inférieure, et traversant sa paroi dans sa partie inférieure, un moyen d'admission et de raccordement à un circuit hydraulique de comnande du piston libre. 2) Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une sonde coulissante de repérage du piston libre0 3) Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une sonde de repérage du niveau de la phase liquide. 4) Cellule selon la revendication 1, comportant un agitateur magnétique à mobile tournant d'axe vertical, caractériséeen ce que le mobile est porté par le piston libre0 5) Cellule selon la revendication 4, caractérisée en ce que le mobile est logé dans un évidement en forme-de cuvette prnvu à la face supérieure du piston libre. 6) Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle constitue une unité reliée par des raccords séparables à une canalisation d'introduction de produits et/ou à un circuit de mesure de pression et/ou un circuit hydraulique de commande du piston libre. 7) Cellule selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen d'introduction sous pression de produits liquides et/ou gazeux et le moyen d'admission raccordé au circuit hydraulique de commande du piston libre comportent un dispositif anti-retour. 8) Cellule selonla revendication 7, caractériséeen ce que le moyen d'introduction sous pression de produits liquides et/ou gazeux et/ou le moyen d'admission raccordé au circuit hydraulique de commande du piston libre sont des vannes à pointeau axial à commande hélicoi- dale.