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• Le cours vise à fournir un aperçu du domaine du génie chimique et à initier les étudiants aux principes impliqués dans l'analyse des procédés
• Echelles


  • LABO
  • PILOTE
  • INDUSTRIELLE
• Génie chimique


  Décrit avec le langage de la chimie, des mathématiques et de la physique, la transformation de la matière et de l'énergie et permet l'application de la chimie à l'échelle industrielle, à travers la conception, le dimensionnement et l'optimisation d'un procédé
• Domaines d'application du génie des procédés

  • ENERGIE
  • AGROALIMENTAIRE
  • CHIMIE
  • ENVIRONNEMENT
  • PHARMACEUTIQUE
  • COSMETIQUE
• TP: Absorption gaz-liquide dans une colonne à garnissage, Rectification d'un mélange binaire dans une colonne à plateaux, Adsorption sur charbon actif en poudre - Etude en jar test
• Chapitre 1. Introduction au génie chimique, Chapitre 2. Transfert de matière, Chapitre 3. Cinétiques de transfert, Chapitre 4. Théorie simplifiée du fonctionnement des échangeurs
• Procédé de fabrication

  Succession d'opérations (étapes clés)
• Opération unitaire


  Subdivision d'un procédé industriel qui consiste en général en une opération physique ou chimique (ex. broyage, distillation, absorption, séchage, …)
• On distingue généralement les réacteurs qui sont constitués par des enceintes dans lesquelles se déroulent les réactions chimiques, et les opérations de séparations qui sont destinées à séparer et purifier les constituants d'un mélange
• Problématiques du dimensionnement

  • Quelles matières premières utiliser?
  • Pression et Température de travail
  • Dimension du réacteur
  • CAPEX, OPEX
• Exemples d'opérations unitaires

  • Manutention : compression, expansion, pompage
  • Echange de chaleur : séchage, évaporation
  • Procédés mécaniques : extrusion, fluidification, broyage
  • Transfert de matière
• Transfert de matière

  • Gaz-Liquide
  • Liquide-Liquide
  • Liquide-Solide
  • Solide-Gaz
  • Solide-Solide
• Exemples de transfert de matière

  • Evaporation
  • Condensation
  • Humidification
  • Distillation
  • Extraction
  • Cristallisation
  • Dissolution
  • Fusion/Solidification
  • Lavage
  • Echange ionique
  • Adsorption
  • Sublimation
  • Lyophilisation
  • Séchage
  • Séparation magnétique
  • Flottation
• Pour chaque operation unitaire : 1. definition d'un modele matematique qui inglobe les bilans de matiere (et d'energie), 2. dimensionnement du procédé qui doit etre compatible avec les autres operations unitaires
• Echelles

  • Moléculaire
  • Electronique
  • Catalyse/Réactions chimiques
  • Dynamique des fluides & transport
  • Réacteur
• Exemple du changement d'échelle appliqué à la cuisine: de 4 personnes à 400 personnes, même menu, même temps de cuisson
• Transfert isotherme de matière entre phases


  Schématisation d'un échangeur de matière, i.e. réacteur
• Exemples d'opérations de transfert de matière

  • ?
  • ?
  • ?
  • ?
  • ?

  
• Grandeurs variables


  Nombre de moles du diluant, Nombre de moles du solvant, Nombre de moles du soluté dans le solvant, Nombre de moles du soluté dans le diluant
• Grandeurs constantes

  Fractions molaires, Rapports molaires
• Exemples: 1) Extraction d'huile de soja à partir de flocons de soja par de l'hexane, 2) Purification d'un courant d'air contenant NH3 par de l'eau
• Equilibre thermodynamique

  Loi de Raoult, Loi de Henry
• Représentation graphique: Droite d'équilibre (isotherme de partage), Point initial (X0 , Y0)

  
• Sens du transfert

  Y0 > Y0*, X0 < X0* (transfert du diluant vers le solvant)

  Y0 < Y0*, X0 > X0* (transfert du solvant vers le diluant)

  
• Résumé: Notion de diluant, solvant et soluté, Définition des fractions molaires et rapports molaires, Caractérisation de l'équilibre d'un soluté entre deux phases (diluant/solvant)
• Exercice: Tracer la courbe d'équilibre du système eau/SO2 à 20°C en unités de fraction molaire du SO2 dans la phase gaz en fonction de la fraction molaire du SO2 dans la phase liquide
• Densité de flux de matière transférée J


  Quantité de matière transférée par unité de surface et de temps
• Loi de Fick

  Modèle de la double couche, Approche globale
• Protocole expérimental

  1. Différentes pressions partielles de SO2 imposées dans l'enceinte

  2. Concentration de SO2 dans l'eau suivie au cours du temps
• Fonctionnement d'un réacteur discontinu

  1. Chargement du réacteur

  2. Mise en conditions de température et de pression

  3. Phase de réaction (ou de seul échange) proprement dite

  4. Retour aux conditions normales de température et de pression

  5. Vidange du réacteur
• ECHANGEURS FERMÉS
• Intégration


  Cas du solvant plus condensé que le diluant

  
• Durée de l'unité de transfert


  Nombre d'unité de transfert
• DUT et NUT

  • Coté diluant
  • Coté solvant
• Calcul de NUT par intégration analytique (pour une isotherme linéaire)

  1. A partir de la Droite Opératoire

  2. Rapport de partition
• Dans un réacteur fermé l'efficacité d'enrichissement est égale à l'efficacité d'appauvrissement
• RESUMÉ Cas du solvant plus condensé que le diluant

  • Droite Opératoire
  • Rapport de partition
  • Nombre d'unité de transfert coté diluant
  • Nombre d'unité de transfert coté solvant
  • Durée de l'unité de transfert coté diluant
  • Durée de l'unité de transfert coté solvant
  • Durée du transfert
  • Efficacité
• RESUMÉ Cas du diluant plus condensé que le solvant

  • Droite Opératoire
  • Rapport de partition
  • Nombre d'unité de transfert coté diluant
  • Nombre d'unité de transfert coté solvant
  • Durée de l'unité de transfert coté diluant
  • Durée de l'unité de transfert coté solvant
  • Durée du transfert
  • Efficacité
• Paramètres du modèle


  • Rapport des quantités de matière
  • Conductance de transfert (coefficient de diffusion, épaisseur de la couche de diffusion)
  • Surface d'échange
  • Constante de partage (P,T, nature du solvant)
• CHAPITRE 4 Les colonnes à garnissage