Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

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ecolami
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Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar ecolami » 13 Jan 2016, 20:23

Bonjour,
Je cherche, en vain, quelle dépense d'énergie est nécessaire dans l'industrie pour liquéfier l'Azote? Je trouve beaucoup de caractéristiques physiques mais aucune répondant a cette question.
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chatelot16
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Re: Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar chatelot16 » 29 Jan 2016, 00:44

sur ce site il y a un chiffre sur l'oxygene liquide
http://www.societechimiquedefrance.fr/e ... cadoxy.htm
0,4 kWh / m3 d'oxygene gazeux mais ce chiffre est bien flou car on ne sait pas comment est compté l'azote liquefié par la même operation

mais rien sur l'azote
http://www.societechimiquedefrance.fr/e ... cadazo.htm

on peut faire un calcul theorique avec la chaleur de vaporisation de l'azote liquide , et le rendement theorique maximum d'une machine frigorifique en la temperature ambiante et la temperature de liquefaction

chaleur de vaporisation d'après l'encyclopedie des gaz air liqide 47,5 KCal/kg x 4,18 = 198,5 kJ/kg

rendement d'une machine frigorifique parfaite suivant cycle de carnot : je l'ai calculé il y a pas longtemps , il faut que je le retrouve

la machine de claude fait un cycle different mais bien reversible lui aussi donc son rendement maxi theorique est le même que le cycle de carnot

compter uniquement la chaleur de vaporisation ne suffit pas , il faudrait aussi considerer la chaleur massique de l'azote gazeux et c'est plus compliqué car elle est varaible avec la temperature , et le coût energetique du refroidissement varie lui aussi avec la temperature chaleur massique a temperature ambiante 0,2 kCal/°kg x 215° = 43 kCal/kg ... j'aurai cru que la chaleur latente etait la partie la plus importante , mais non le refroidissement de l'azote gazeux coute aussi , et coute encore plus que ce 43 car la chaleur massique est plus grande a basse temperature : il faudrait integrer pendant le refroidissement

dans le site scf sur l'oxygene il donne aussi des chiffre sur la preparation non cryogenique de l'oxygene donc separtion de l'azote : ça semble plus couteux en energie que la preparation cryogenique : donc pour faire de l'azote il vaut mieux liquefier l'air entier et trier par distillation

j'avais vu passer un document sur la liquefaction d'azote a l'université de strasbourg avec une machine frigorifique striling philips , la il preferaient separer l'azote par PSA , ce qui peut se comprendre car leur petit stirling avait un rendement bien plus faible que les grosse machine de claude de l'air liquide

j'ai retrouvé ce truc que j'avais collé dans un autre forum http://www.usinages.com/threads/liquefa ... 086/page-3

http://www.usinages.com/attachments/liq ... df.164802/
http://www.usinages.com/attachments/liq ... df.164803/
http://www.usinages.com/attachments/liq ... df.164804/

helas on y voit que leur stirling liquefie 100l/h d'azote mais on ne sait pas combien il consome

le rendement des grosse machine de claude doit etre très proche du maximum theorique car elle fonctione avec une assez faible pression de compression : 5 a 7 bar suivant SCF alors que les premiere machine de claude comprimaient a 40 bar

chatelot16
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Re: Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar chatelot16 » 29 Jan 2016, 02:07

rendement de machine frigorifique a cycle de carnot = 1 / (T2/T1 - 1)

pour liquefier l'azote T2 = 293 K
T1 = 77 K

rendement = 1/ ( 293/77 - 1 ) = 0,35

pour la chaleur latente de liquefaction 198,5 kJ/kg / 0,35 = 567 kJ /kg

en kW : 567kJ/kg / 3600 = 0,1575 kWh/kg

reste a calculer pour le refroidissement le l'azote gazeux : au pif 0,1575 kWh/kg aussi

total 0,315 kWh/kg

le chiffre de 0,4 kWh/kg est bien proche , ça me parait trop beau ... finalement ce 0,4kWh ne doit pas etre le coût energetique de l'oxygene liquide mais de l'oxygene gazeux : le rechauffement le l'oxygene liquide devant participer methodiquement a refroidir l'air a liquefier

ecolami
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Re: Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar ecolami » 30 Jan 2016, 00:43

Bonjour,
Merci pour ces informations :+1: :respect:
Je ne savais pas qu'on pouvait employer la formule du rendement de carnot pour une machine frigorifique: je pensais que ça ne concernait que les moteurs thermiques.
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Re: Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar chatelot16 » 30 Jan 2016, 17:43

la theorie de carnot donne 3 formule , pour les moteur , pour les refrigerateur , et pour les pompe a chaleur

ce qui est remarquable c'est que le cop d'une pompe a chaleur est inverse du rendement d'un moteur

si on donne de la chaleur a un moteur parfait qui alimente une pompe a chaleur parfaite on retrouve la quantité de chaleur de depart

helas la perfection n'est pas de ce monde mais il est quand même utile de connaitre le maximum theorique

on peut même utiliser carnot pour trouver une 4eme formule : rendement d'un moteur thermique utilisant une source froide , par exemple de l'azote liquide ! ce rendement et l'inverse du rendement du refrigerateur parfait

donc dans le cas de l'azote liquide si le rendement de la machine qui refroidi et de 0,35 le rendement de la machine inverse serait de 2,85 ... avec des machine parfaite l'azote liquide serait un bon moyen de stockage d'energie

un moteur thermique a rendement de 2,85 ça va faire dresser les cheveux sur la tête a certain , mais il n'y a pas d'erreur ! la source d'energie n'est pas l'azote liquide mais la temperature ambiante , mais le rendement en comptant la chaleur prise a l'ambiance est sans interet puisque c'est la quantité de chaleur de la source froide qui est limité

ça veut dire que quand la chaleur latente de liquefaction de l'azote est 198 kJ/kg ce n'est pas l'energie stockable : c'est 198 x 2,85 = 565 kJ/kg

/3600 = 0,157 kWh/kg = 157 Wh/kg

il serait donc très interressant de construire des bonne machine reversible

ce 157 Wh/kg ne tient compte que de la chaleur latente : une machine bien optimisé doit faire mieux en exploitant le refroidissement et rechauffement du gaz

il est donc encore plus utile de connaitre les performance des instalation industrielle existante ! ça permetra d'estimer ce qui est possible en sens inverse

c'est la comparaison entre l'energie theorique et l'energie consomé dans l'industrie qui dira si le stockage d'energie par l'azote liquide est possible ou pas

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Re: Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar ericdupont » 25 Sep 2017, 10:49

selon mes calculs il faut 325 Wh par kilogramme d'azote pour faire de l'azote liquide avec le cycle de Claude et une compression isotherme. Quelque soit la pression de compression de départ, le résultat est le même du moment que la compression est isotherme. en d'autre terme stocker de l'énergie avec de l'azote liquide demande au mieux 325 watt pour produire l'azote liquide tandis que l'on récupère 157 w dans une détente isotherme.

on ne sait pas combien de Watt il faut pour produire de l'azote liquide dans l'industrie, ni si cette valeur est optimum

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Re: Quelle énergie pour liquéfier l'Azote?

Messagepar ericdupont » 16 Jan 2018, 09:15

il est possible de réduire l'énergie théorique nécessaire pour liquéfier l'azote d'environ 20% par rapport au cycle de claude. Je fais la description d'une machine dans un brevet a paraître le 9 mars 2018.


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