GÉNIE CHIMIQUE
Procédure de traitement d'un problème de génie chimique
Avant de préparer un produit à partir d'une matière disponible, il faut avant tout concevoir le procédé de fabrication et donc définir les diverses opérations unitaires, choisir le réacteur, optimiser le procédé et enfin envisager son contrôle et sa commande. Toute une panoplie d'ordinateurs est utilisée à ces différentes étapes, depuis l'ordinateur très puissant pour les calculs d'appareillage et la simulation des procédés jusqu'aux micro-ordinateurs pour la commande d'un appareil. La principale préoccupation des industriels est de choisir, en prenant le minimum de risque, le procédé et les équipements. Les exigences de la compétition industrielle (coûts de production, qualité des produits, flexibilité, environnement...) imposent de concevoir, de réaliser et d'exploiter des systèmes de production qui soient de plus en plus performants et, par conséquent, souvent très compliqués.
Dimensionnement de l'appareillage
Le premier appareil à dimensionner est le réacteur, car ses performances ont une incidence sur le reste de l'installation. En effet, si les performances du réacteur sont médiocres (sélectivité, rendement, etc.), il faudra mieux préparer les courants entrants et envisager vraisemblablement des recyclages de produits n'ayant pas réagi. En outre, on obtiendra, en sortie du réacteur, des mélanges dont il faudra séparer les divers constituants si l'on veut obtenir le produit principal avec la pureté souhaitée.
Ayant dimensionné le réacteur et défini ses performances, l'étape suivante consiste à déterminer les appareils dans lesquels s'effectuent les opérations unitaires.
Méthodes de détermination basées sur le concept d'étage théorique
Les méthodes de détermination se fondent essentiellement sur les bilans et sur les lois d'équilibres entre phases et visent à calculer le nombre d'étages théoriques Nt nécessaires pour réaliser une séparation donnée. Partant de ce résultat, on calculera le nombre d'étages réels et les dimensions de l'appareil en introduisant les notions d'efficacité et de hauteur équivalente à un étage ou plateau théorique (H.E.T.P.). Ces grandeurs, efficacité et H.E.T.P., sont accessibles par l'expérience. La hauteur de colonne s'écrit : h = Nt × H.E.T.P.
La détermination de Nt peut être faite soit par voie graphique, en traduisant les équations de bilans par des courbes et/ou des droites (méthodes de MacCabe et Thiele, méthode de Ponchon-Savarit...), soit par calcul numérique en écrivant toutes les équations pour chaque plateau et en les résolvant.
Méthodes « cinétiques » (fig. 5)
Procédure cinétique
Encyclopædia Universalis France
Elles impliquent une connaissance approfondie des coefficients d'échange ou de transfert entre phases. À la suite des travaux de Chilton et Colburn (cf. biblio, R. Perry), on peut utiliser la notion d'unité de transfert (N.U.T.), grandeur « statique » adimensionnelle qui traduit la difficulté de séparation du mélange considéré, et celle de hauteur d'unité de transfert (H.U.T.), grandeur « dynamique » qui dépend de l'appareil utilisé et qui peut être évaluée expérimentalement ou calculée au moyen de bilans différentiels. La longueur et/ou la hauteur totale s'écrit : h = N.U.T. × H.U.T.
Installations pilotes et extrapolation des résultats
Il y a des cas où l'analyse théorique ne permet pas de définir complètement une unité de transformation industrielle à partir de résultats de laboratoire. On se réfère alors à une étude faite sur une installation pilote, qui doit être considérée comme une réduction de l'unité finale de production et non pas comme une extrapolation de l'équipement de laboratoire. Nul n'est besoin de reproduire à échelle réduite toute l'unité ; ce qui est nécessaire, c'est de simuler la partie[...]
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Écrit par
- Henri ANGELINO : directeur de l'École nationale supérieure d'ingénieurs de génie chimique, Toulouse
- Henri GIBERT : professeur à l'Institut national agronomique, Paris-Grignon, chef du département équipement des industries agro-alimentaires du Cemagref
- Pierre PIGANIOL : conseil en politique scientifique
Classification
Médias
Chaîne de transformation
Encyclopædia Universalis France
Étages en distillation : calcul
Encyclopædia Universalis France
Opérations unitaires
Encyclopædia Universalis France
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Enfin, le génie chimique est une discipline indispensable pour le transfert des procédés de l'échelle du laboratoire à celle de l'industrie. Il a pour principale tâche d'optimiser les réactions par rapport aux données techniques, économiques et sociales et par rapport à l'environnement. -
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