2. Les bases scientifiques
• Lois d'équilibre entre phases
La connaissance des lois d'équilibre entre phases, par une analyse thermodynamique du système ou, tout simplement, par une série d'expériences, est fondamentale pour savoir si une séparation est possible ou non. L'examen des courbes d'équilibre permet d'apprécier a priori si l'opération unitaire envisagée sera plus ou moins difficile à réaliser.
Les lois d'équilibre entre phases sont tirées des principes de la thermodynamique des solutions, notamment par l'application du deuxième principe, en écrivant, pour les phases en présence, l'égalité des potentiels chimiques de chaque constituant (conditions d'un équilibre stable). Si nous considérons deux phases G et L et si nous explicitons chaque potentiel chimique en fonction d'un potentiel dit standard μi0, de la fraction molaire xi et d'un coefficient d'activité γi, nous pouvons écrire de manière générale :
Les lois d'équilibre les plus simples qui sont accessibles par la théorie sont celles des solutions diluées. Entre un gaz et une vapeur, la pression partielle Pi d'un composé i en équilibre avec un liquide de fraction molaire xi et de tension de vapeur Pi0 s'écrit par exemple :
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