Les opérations unitaires
Génie chimique - Procédés industriels - Cours et exercices corrigés

Sommaire et contenu du livre "Les opérations unitaires - Génie chimique - Procédés industriels - Cours et exercices corrigés"

TABLE DES MATIERES Nomenclature IX CHAPITRE 1 : LES OPERATIONS UNITAIRES 1 -Les procédés industriels 1 2 -Principes mis en jeu dans les opérations de séparation 2 2.1. Schéma du procédé 2 2.2. Sélectivité de l'opération de séparation 2 2.3. Principales opérations de séparation 3 2.4. Exemple d'un procédé continu: la préparation du fonnaldéhyde 5 3 -Analyse des mécanismes de transfert 7 3.1. Introduction 7 3.2. Rappel sur les transferts au sein d'une phase non homogène 7 3.3. Analyse des transferts de matière dans un milieu biphasique Il 4 -Le transfert de matière en milieu biphasique 14 4.1. L'absorption 14 4.2. Les profils de concentration du soluté à l'interface gaz-liquide: schéma de Nernst 15 4.3. Le transfert de matière gaz-liquide 15 4.4. Rôle de la surface d'échange S 17 4.5. Théorie des deux films: schéma de Lewis et Whitman 18 4.6. Relations entre Kg, KL, kg et kl 19 4.7. Modèle d'absorption en milieu turbulent 21 5 -Conclusion 22 CHAPITRE II : LES EQUILffiRES LIQUIDE-VAPEUR 1 -Conventions et principes 24 2 -Diagrammes d'équilibre de phase (P, T, composition) 24 2.1. Diagramme isobare: P =cte 24 2.2. Diagramme isotherme: T =cte 26 2.3. Diagramme des titres molaires à P =cte : courbe de partage y =f(x) 27 3 -Equilibre des phases 28 3.1. Rappel de la notion d'équilibre 28 3.2. Cas d'un mélange binaire idéal 28 3.3. Cas des mélanges binaires non idéaux EAB ':f:. EAA ':f:. EBB 32 CHAPITRE III: LA DISTILLATION 1 -Constations expérimentales 37 1.1. Vaporisation d'un binaire non miscible 37 1.2. Vaporisation d'un binaire complètement miscible à T =cte 39 1.3. Vaporisation d'un binaire complètement miscible à P =cte 40 1.4. Principe de la distillation fractionnée d'un mélange miscible à P =cte 41 1.5. Montage retenu et technologies disponibles 43 1.6. Le fonctionnement d'une colonne à plateaux 44 1.7. Rectification continue -Distillation à reflux fini 46 1.8. Conclusions et objectifs 47 2 -Rectification continue -Méthode graphique de Mac Cabe et Thiele 48 2.1. Le principe 48 2.2. Bilans matière sur la colonne en régime permanent 48 2.3. Hypothèses de Mac Cabe et Thiele -Diagramme enthalpique d'un mélange 50 2.4. Construction de Mac Cabe et Thiele 52 2.5. Droite d'alimentation -Etat thermique de l'alimentation de la colonne 54 3 -Rectification continue -Méthode graphique de Ponchon et Savarit 62 3.1. Le domaine d'utilisation 62 3.2. Représentation des équilibres sur un diagramme enthalpique 63 3.3. Bilans matière et d'énergie: relation entre les phases qui se croisent 63 3.4. Construction de Ponchon et Savarit 70 3.5. La zone d'alimentation de la colonne 72 3.6. Utilisation des données enthalpiques 76 4 -Fonctionnement d'une colonne de rectification 78 4.1. Analyse des échanges de matière sur un plateau réel: PR 78 4.2. Calcul de la hauteur réelle d'une colonne à plateau 80 4.3. Calcul de la hauteur réelle d'une colonne garnie 82 4.4. Rectification à reflux total 83 4.5. Détermination de Nmin -Equation de Fenske 84 4.6. Rectification à reflux minimum Rmin 86 4.7. Calcul du reflux minimum Rmin 88 4.8. Conditions optimales de fonctionnement 90 5 -Distillation discontinue d'un binaire avec rectification 92 5.1. Choix du mode opératoire 92 5.2. Bilan matière 92 5.3. Mode de fonctionnement de la colonne 93 5.4. Détermination du titre du distiJiat à l'aide des bilans matière 93 5.5. La distillation à reflux élevé constant 95 5.6. La distillation discontinue à reflux constant 96 5.7. La distillation discontinue à reflux variable 98 5.8. Remarques sur le mode opératoire 100 6 -Comparaison des techniques de distillation 101 7 -Distillation des mélanges multicomposants 102 7.1. Analyse des gradients le long de la colonne 102 7.2. Définition des constituants clefs 103 7.3. Choix de la méthode de séparation 104 8 -Régulation de la colonne 105 CHAPITRE IV: L'ABSORPTION 1 -Exemples 106 2 -Mode opératoire et fonctionnement du procédé 106 2.1. Objectifs 106 2.2. Les critères de choix du solvant 108 2.3. Influence des paramètres qui permettent de définir les conditions opératoires 108 3 -Déteroùnation du nombre de plateaux théoriques 109 3.1. Introduction 109 3.2. Courbe d'équilibre 109 3.3. Bilan sur le soluté 109 4 -Trace des plateaux théoriques 110 4.1. Absorption du pentane par l'huile de paraffine pure 110 4.2. Désorption du pentane dans l'huile de paraffine par la phase gazeuse III CHAPITRE V : DIMENSIONNEMENT D'UNE COLONNE 1 -Les contacteurs gaz-liquide 113 2 -Notion de nombre et hauteur des plateaux théoriques 114 2.1. Détermination du nombre de plateaux théoriques: NPT 114 2.2. Détermination du nombre de plateaux réels dans les colonnes à plateaux: NPR 114 2.3. Cas des colonnes à garnissage: notion de HEPT 114 3 -Etude d'une colonne à garnissage 115 3.1. Introduction 115 3.2. Etude du transfert dans une colonne à garnissage: méthode de Chilton et Colburn 115 3.3. Relations entre les coefficients k' kg, KL et KG 120 4-Déteroùnation de la hauteur de garnissage 121 4.1. Notion d'unité de transfert 121 4.2. Calcul de la hauteur du garnissage 123 5 -Définitions des grandeurs HUT et HEPT 127 6-Comparaison des grandeurs NUT et NPT 128 CHAPITRE VI : EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE 1 -Principes -Définitions 130 2 -Exemples d'extraction liquide-liquide 131 3 -Représentation des mélanges sur les diagrammes ternaires 131 3.1. Lecture des diagrammes ternaires 131 3.2. Règle des mélanges: relation barycentrique ou règles des segments inverses 133 3.3. Représentation des ternaires sur des diagrammes rectangulaires 134 4 -Les diagrammes de solubilité partielle 135 4.1. Systèmes à trois liquides et un, deux ou trois binaires 135 4.2. Système à 2 liquides partiellement solubles et un solide 137 5 -Choix du solvant 138 5.1. La sélectivité ~ 139 5.2. Régénération et recyclage du solvant 139 5.3. Densité 139 5.4. Tension interfaciale 139 5.5. Autres propriétés 140 6 -Courbe de distribution et droites de conjugaison (conodales) 140 7 -Schéma des procédés d'extraction liquide-liquide 141 7.1. Introduction et conventions 141 7.2. Extraction à étage unique 142 7.3. Extraction à étages multiples et courants croisés 144 7.4. Extraction continue à contre-courant 146 7.5. Extractions à deux alimentations 152 8 -Conclusion 156 CHAPITRE VII: EXTRACTION SOLIDE-LIQUIDE 1 -Définitions 157 2 -Exemples d'extraction solide-liquide 158 3 -Mécanisme d'extraction: étapes du transfert de matière 158 3.1. Processus élémentaires 158 3.2. Paramètres agissant sur le transfert de matière 158 3.3. Notion d'étage de transfert: bac mélangeur -décanteur 159 4 -Représentation des équilibres dans l'extraction solide-liquide 161 4.1. Le diagramme triangulaire et le diagramme de distribution 161 4.2. Diagramme ternaire modifié 162 5 -Cas de l'extraction solide-liquide continue 164 5.1. Extraction à étage unique 164 5.2. Cas de l'extraction liquide-solide continue à contre-courant à étages multiples 166 5.3. Efficacité des étages 170 CHAPITRE VIII: CRISTALLISATION INDUSTRIELLE 1 -Définitions 171 2 -Exemples d'applications 171 3 -Courbes de solubilité et mode opératoire 171 3.1. Courbe de solubilité: courbe d'équilibre L-S 171 3.2. Cristallisation -Courbe de sursaturation 172 4 -Approche phénoménologique 173 4.1. Processus de nucléation 173 4.2. Processus de croissance 174 4.3. Phénomènes particuliers 177 5 -Conclusion 178 CHAPITRE IX : EXERCICES AVEC SOLUTIONS DETAILLEES 1-Fonctionnement d'une colonne de rectification avec 2 180 alimentations et un soutirage intermédiaire 2 -Séparation de l'oxygène et de l'azote de l'air 191 kérosène (B) à T =20°C et P =105 Pa section de lavage de l'huile contenue dans des graines par le benzène 3 -Etude de la rentabilité économique d'une distillation continue 203 4 -Calcul de la hauteur d'une colonne d'absorption à garnissage 223 5-Extraction de la nicotine (C) en solution dans l'eau (1) par le 237 6-Purification du zirconium par extraction liquide-liquide avec 245 7 -Extraction solide-liquide en continu à contre courant: extraction 258 8 -Cristallisation: calcul du profil de refroidissement 264 INDEX 267 OUVRAGES RECOMMANDES 269