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Université de sciences et de la technologie USTO-mb Faculté de Chimie Départeme

Université de sciences et de la technologie USTO-mb Faculté de Chimie Département de génie chimique Parcours génie des procèdes de l’environnement Réalisé par : Bentiba Asmaa Ettayeby Abdennour Benamar Salah Eddine Année universitaire :2020/2021 Introduction: République Algérienne Démocratique et Populaire TP :extraction liquide liquide du mélange eau-éthanol- toluéne Groupe : C L’extraction liquide-liquide est un procédé physique permettant la récupération ou la purification d'un composé en utilisant les différences de solubilités mutuelles de certains liquides. Soit un composé, appelé soluté, dissout dans un liquide, l'éluant, l'ensemble formant un brut, et un tiers produit le solvant Le solvant dissout le soluté mais non l'éluant, avec ce dernier il forme deux phases liquides non miscibles (comme l'huile et l'eau). En mélangeant au brut du solvant, on obtient un système instable qui se sépare en deux phases, dans lesquelles le soluté se répartit en fonction de son affinité propre pour l'une ou pour l’autre. (Phénomène du PARTAGE). Après équilibration de l'ensemble, on peut, par une décantation, séparer les deux phases: l’extrait (riche en solvant) et le raffinat (riche en éluant). Si le solvant a judicieusement été choisi, on peut le séparer facilement du soluté, et obtenir ce dernier pur. Généralement il reste dans le raffinat une quantité notable de soluté, c'est pourquoi on recommence plusieurs fois l'opération Les méthodes d’extraction sont parmi les plus utilisées en analyses immédiate. Elle est d’une grande importance aussi bien pour la valorisation des éléments extraits que pour la protection de l’environnement. Définition : Raffinat R (solution liquide appauvrie en soluté) * Extraction liquide-liquide : C’est une opération fondamentale de transfert de matière entre deux phases liquides non miscibles, sans transfert de chaleur. Elle consiste à extraire un ou plusieurs constituants d’une solution par dissolution au contact d’un solvant dans lesquels les corps sont solubles. Cette opération est fréquemment utilisée pour séparer d’un mélange liquide des constituants dont les volatilités sont faibles ou très voisines, ou qui donnent des azéotropes, ou encore qui sont thermo- dégradables. Le but : La purification et séparations des mélanges liquides. Principe : Le principe de l'extraction liquide-Liquide est basé sur la distribution d'une espèce métallique M entre deux phases aqueuse et organique non miscibles. Au cours du transfert, le potentiel chimique de l'espèce apparue en phase organique augmente, tandis que celui de la phase aqueuse diminue. A l'équilibre, les potentiels chimiques du soluté M sont égaux dans les deux phases. Pour que l’opération soit réalisable il est nécessaire : - que les deux phases ne soient pas complètement miscibles. - que leurs masses volumiques soient différentes. - qu’il n’existe pas de réactions chimiques entre les divers constituants du mélange. Agitation extrait(E) Solution liquide contenant un ou plusieurs solutés Raffinat (R) Figure: Schéma d'un bac mélangeur décanteur. Terminologie : Soluté : constituant à extraire Diluant: liquide contenant les solutés Solution: ensemble soluté + diluant Solvant: liquide destiné à extraire les solutés Extrait : phase issue de l’opération contenant les solutés extraits. Cette phase est riche en solvant Raffinat : phase résiduelle épuisée en soluté. Cette phase est riche en diluant. Phase lourde : phase ayant la plus grande masse volumique. Phase légère : phase ayant la plus faible masse volumique. Phase aqueuse/Phase organique : ces termes sont liés à la nature du solvant et du diluant. Phase continue/phase dispersée : le terme phase continue, utilisé lors de l’utilisation de colonnes d’extraction caractérise la phase de «remplissage de la colonne » au sein de laquelle l’autre phase dite dispersée se présente sous forme de gouttelettes. Propriété des solvants En général, la phase d'alimentation initiale est imposée, et les possibilités se limitent au choix du solvant possédant si possible les propriétés suivantes : • une capacité d'extraction importante avec un rapport de distribution compris entre 5 et 50. • une grande sélectivité vis-à-vis des solutés indésirables caractérisée par les facteurs de séparation. • une solubilité négligeable dans le raffinat. • une bonne stabilité chimique lors des opérations requises. • des caractéristiques physiques telles que les temps de séparation de phase et dispersion soient acceptables : viscosité, tension superficielle, masse volumique. Le solvant Un solvant est un liquide qui à la propriété de dissoudre, de diluer ou d’extraire d’autre substance sans provoquer de modification chimique de ses substances et sans-lui même se modifier. Les solvants permettent de mettre en ouvre, d’appliquer, de nettoyer ou de séparer des produits. Choix du solvant  Etat physique du solvant  Miscibilité du solvant  Solubilité  Densité du solvant La densité : La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et les solides. Dans le cas de gaz ou de vapeur, le corps de référence gazeux est l'air, à la même température et sous la même pression. La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime sans unité de mesure. La solubilité : La solubilité d'un composé ionique ou moléculaire, appelé soluté, est la quantité maximale de moles de ce composé que l'on peut dissoudre ou dissocier, à une température donnée, dans un litre de solvant. La solution ainsi obtenue est saturée. La miscibilité : La miscibilité désigne usuellement la capacité de divers liquides à se mélanger. Si le mélange obtenu est homogène, les liquides sont qualifiés de miscibles. Le liquide de densité plus faible sera alors placé au-dessus de l'autre. C'est le cas par exemple de l'eau et de l'huile. Coefficient de partage ou de distribution : Le coefficient de distribution (D) se définit comme un paramètre expérimental. Il exprime le rapport des teneurs (massiques ou molaires) d’un soluté entre les deux phases lorsque l’équilibre est réalisé ; à une température donnée . Il est donné par la relation: D = CM(aq) / CM(org) = (mi – mf) / mf . Vaq / Vorg Cette grandeur mesure l’affinité du soluté pour les deux phases et dépend généralement de nombreux facteurs: nature et concentration du soluté, température, pH et composition du solvant. Rendement ou efficacité d’extraction L’extraction liquide-liquide d’une espèce peut être exprimée par son efficacité ou le taux de cette espèce extraite en phase organique et s’exprime en pourcentage (%). Le rendement d’une extraction (R%) est la fraction de la quantité totale d’un élément, initialement dans un volume de solution aqueuse, qui est passée dans un volume de solution organique. R = 100 CM(org)Vorg / [(C M(org)Vorg) + (CM(aq)Vaq)] où R = 100D / [D + (Vaq/ Vorg)] La relation entre D et R est la suivante: D = R / (100 – R). Vaq / Vorg Facteur de séparation , α Le facteur de séparation, appelé aussi coefficient de sélectivité αMN de deux éléments M et N est défini comme étant le rapport de leur coefficients de distribution respectifs DM et DN, établis dans les mêmes conditions : αMN= DM / DN Différents types d’extraction : 1. Extraction simple : On cherche à extraire un soluté contenu dans un mélange liquide homogène constitué de soluté et de diluant, nommé charge. On utilise pour cela une certaine quantité d'un solvant qui ne doit pas être miscible avec le diluant, mais être miscible avec le soluté. Les deux phases liquides charge + solvant sont mélangées intimement (mélange non homogène) et le soluté se distribue dans chacune des phases selon un équilibre physico- chimique. Le mélange non homogène est alors décanté en deux phases non miscibles  l'extrait, contenant majoritairement du solvant et le soluté extrait,  le raffinat contenant majoritairement du diluant, ainsi que le soluté non extrait.  Figure : Schéma de principe d’une extraction simple. 2.Extraction multiple : 2.1.Extraction à courant croisés : Dans une extraction à courant croisés, le solvant est (équitablement) réparti pour réaliser 3 extractions successives, la première sur la charge, la seconde sur le premier raffinat, la troisième sur le second raffinat. On obtient en fin d'opération un raffinat (ici R3) et 3 extraits à 3 compositions différentes, le premier étant le plus concentré en soluté, le dernier le moins concentré. Les extraits sont mélangés entre eux dans la majorité des cas. Cette méthode donne un meilleur, rendement qu'une extraction à simple étage pour une même quantité de solvant S, ici égale à S1+S2+S3. Figure : Schéma de principe d’une extraction à étages multiples. 3.Extraction à contre-courant : Dans une extraction à contre-courant ici à 3 étages, on réalise 3 extractions successives en utilisant comme solvant l'extrait de l'étage suivant. On obtient en fin d'opération un raffinat (ici R3 sortant de l'étage n°3)) et un extrait (ici E1 sortant de l'étage n°1). On démontrera par des travaux dirigés que cette méthode donne un meilleur rendement qu'une extraction à simple étage ou à courant croisé avec le même nombre d'étages et la même quantité de solvant. Figure II.4 : Schéma de principe d’une extraction à étages multiples à contre-courant. Les étapes de l’extraction : Deux opérations doive être effectué pour réaliser une extraction liquide-liquide. -étape 1 : le mélange intime de deux phases par uploads/Finance/ tp-extraction-opu.pdf