Qu’est-ce qu’un calorimètre ?
Un calorimètre est un appareil qui mesure la chaleur de réaction, etc.
Il peut mesurer la quantité de chaleur produite lors de réactions chimiques, la quantité de chaleur produite lors d’une combustion et la quantité de chaleur produite lors de transitions de phase. Les calorimètres peuvent être divisés en trois types : les calorimètres adiabatiques, les calorimètres muraux isothermes et les calorimètres isothermes.
Dans l’industrie manufacturière, où les matières premières sont chauffées, les produits chimiques mélangés et les réactions effectuées à très grande échelle, il est important, pour des raisons de sécurité, de connaître la quantité de chaleur générée au cours du processus. Les calorimètres sont utilisés pour analyser la quantité de chaleur dans chaque processus.
Utilisations des calorimètres
1. Acquisition de données relatives à la sécurité et à la prévention des catastrophes
Les calorimètres sont utilisés pour acquérir des données relatives à la sécurité et à la prévention des catastrophes chez les fabricants de réactions chimiques. Les réactions chimiques étant réalisées à très grande échelle sur les sites de production des fabricants, de grandes quantités de chaleur dans le processus peuvent entraîner un emballement des réactions. La calorimétrie est effectuée sur les réactions et les processus concernés afin d’évaluer les risques.
2. Analyse de la température de pyrolyse des matériaux
D’autres applications comprennent les transitions de phase dans les polymères et les matériaux inorganiques et l’évaluation des valeurs calorifiques générées pendant la pyrolyse à l’aide de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Comme les températures de transition de phase varient en fonction de la structure chimique et cristalline d’un composé, la calorimétrie est utilisée dans la recherche et le développement pour mesurer les températures de transition de phase.
Principe des calorimètres
Un calorimètres est un appareil permettant de mesurer la quantité de chaleur générée lors d’une réaction. En plus des réactions chimiques, la dissolution, le mélange et les transitions de phase des composés génèrent ou endotherment de la chaleur dans le système réactionnel.
La chaleur à mesurer est remplacée par une substance de capacité thermique connue dans le calorimètre et la variation de température est mesurée. La température peut également être maintenue constante et le pouvoir calorifique est calculé à partir de la quantité de chaleur latente subissant la fusion.
1. Calorimètres adiabatiques
Dans les calorimètres adiabatiques, la chaleur générée par l’échantillon n’est pas transmise par la paroi extérieure, mais est entièrement consacrée au changement de température du récipient contenant l’échantillon. Pour réaliser l’isolation, la pression entre le récipient de l’échantillon et la paroi extérieure environnante est réduite à moins de 10-4 Pa, tandis que la température des deux est contrôlée pour être la même.
2. Calorimètres isothermes à paroi
Il s’agit d’un calorimètre dans lequel le récipient d’échantillonnage dans lequel le changement de chaleur doit se produire est placé dans un récipient isotherme maintenu à une température constante, avec un échange de chaleur aussi faible que possible entre le récipient de mesure et le récipient isotherme.
Un espace d’air est prévu entre les deux, qui est rempli d’air lorsque la capacité thermique du récipient d’échantillonnage est élevée et de vide lorsque la capacité thermique est faible. Les conditions de température à l’extérieur du récipient de mesure sont maintenues aussi constantes que possible et des changements thermiques se produisent dans le récipient de mesure.
Une courbe température-temps est tracée pour calculer le pouvoir calorifique en ajoutant une correction de fuite de chaleur à l’augmentation apparente de la température.
3. Calorimètres isothermes
En prenant pour exemple la calorimétrie isotherme à changement de phase, il s’agit d’un calorimètre qui détermine la quantité de chaleur en mesurant le changement de volume qui se produit lorsque la chaleur est transférée d’une phase à l’autre à une température où deux phases d’une substance coexistent.
Les méthodes de calcul du pouvoir calorifique comprennent la mesure du volume de gaz produit et la mesure du changement de poids.
Types de calorimètres
À petite échelle, comme dans les tubes à essai, la chaleur générée par les réactions chimiques pose rarement un problème. Cependant, si une chaleur importante est générée lorsque les réactions sont effectuées sur des échelles de dizaines ou de centaines de litres ou plus dans une usine, il existe un risque d’emballement des réactions ou d’explosion.
C’est pourquoi des calorimètres sont utilisés pour analyser la quantité de chaleur générée dans chaque processus. Il existe différents calorimètres pour différentes applications.
1. Évaluation de la sécurité des procédés
Pour les applications d’évaluation de la sécurité des processus, un processus de réaction est exécuté dans un système qui simule une bouilloire de réaction industrielle et les valeurs calorimétriques produites au cours du processus sont mesurées.
2. Calorimètre différentiel à balayage (DSC)
La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) pour l’évaluation des matériaux implique la mesure des pouvoirs calorifiques produits à différentes températures dans un petit échantillon. La température à laquelle se produit une transition de phase ou une décomposition peut être analysée à partir du point d’inflexion ou du pic de la quantité de chaleur en fonction de la température.
3. ARC
Les calorimètres comprennent également un dispositif utilisé pour analyser l’emballement des réactions. Ce dispositif, appelé ARC, mesure le pouvoir calorifique et la pression générés par les composés qui produisent de la chaleur lors de la décomposition et provoquent des réactions d’emballement.