Comptes Rendus
no. 7-8
Physics/Applied physics
Phase-separation of miscible liquids in a centrifuge
[Séparation de phases des liquides miscibles dans une centrifugeuse]

Présenté par : Jacques Villain

Yoav Tsori1  ; Ludwik Leibler2
1 Department of Chemical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev, P.O. Box 653, 84105 Beer-Sheva, Israel
2 Laboratoire matière molle & chimie (UMR 7167), ESPCI, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 05, France
Comptes Rendus. Physique, Neutron scattering: a comprehensive tool for condensed matter research, Volume 8 (2007) no. 7-8, pp. 955-960.

Nous prouvons qu'un mélange de liquides dans une phase homogène thermodynamiquement stable peut subir une transition de phase une fois centrifugé á une fréquence ω suffisamment élevée. Cette transition de phase est différente du cas habituel où deux liquides sont non-miscibles ou du cas où un processus lent de sédimentation d'un composant (par exemple un polymère) est accéléré par une centrifugation. Pour un mélange binaire, le couplage principal est dû à un terme ∝Δρ(ωr)2, où Δρ est la différence des densités entre les deux liquides et r est la distance de l'axe de rotation. Au-dessous de la température critique, il y a une rotation critique de fréquence ωc ; au-dessous d'ωc, de faibles gradients de densité prennent naissance. Quand ω>ωc, nous trouvons une interface mince entre le liquide de faible densité près du centre de la centrifugeuse et un liquide à haute densité loin du centre. Ces résultats peuvent être appropriés à divers processus de séparation et au contrôle de réactions chimiques, en particulier de leur cinétique.

We show that a liquid mixture in the thermodynamically stable homogeneous phase can undergo a phase-separation transition when rotated at sufficiently high frequency ω. This phase-transition is different from the usual case where two liquids are immiscible or where the slow sedimentation process of one component (e.g. a polymer) is accelerated due to centrifugation. For a binary mixture, the main coupling is due to a term ∝Δρ(ωr)2, where Δρ is the difference between the two liquid densities and r the distance from the rotation axis. Below the critical temperature there is a critical rotation frequency ωc, below which smooth density gradients occur. When ω>ωc, we find a sharp interface between the low density liquid close to the center of the centrifuge and a high density liquid far from the center. These findings may be relevant to various separation processes and to the control of chemical reactions, in particular their kinetics.

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DOI : 10.1016/j.crhy.2007.09.017
Keywords: Centrifuge, Phase-transition, Critical frequency
Mots-clés : Centrifugeuse, Transition des phases, Fréquence critique

Yoav Tsori 1 ; Ludwik Leibler 2

1 Department of Chemical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev, P.O. Box 653, 84105 Beer-Sheva, Israel
2 Laboratoire matière molle & chimie (UMR 7167), ESPCI, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 05, France 
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