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0 Mémoire de fin de Cycle Niveau : 3éme année- semestre : 6 Filière : Génie

0 *Mémoire de fin de Cycle * Niveau : 3éme année- semestre : 6 Filière : Génie des procèdes Département : Génie des procèdes Sous le Thème de : I. Extraction de l'azote et l'oxygène à partir de l'air liquide Réalisé par ; Bensaci Sid Ali Sous la direction de : Mme Y.K.Redjel Année universitaire 2019/2020 Remerciements : Je tiens tout d’abord à remercier Madame Yasmine Redjel de m’avoir encadrée pour réaliser ce document. Je tiens également à présenter mes vifs remerciements à Monsieur Lotfi Benmekhbi qui m’a donné la méthodologie pour réaliser se travaille Pour finir Je tiens également à remercier ma famille et mes amis/amies pour leur soutien minime soit-il ! Remerciement II-Résumé 1 III-Introduction générale 1 Chapitre 1 Généralité sur les composantes de l’air VI-Principales applications de l’Oxygène 4 V- Principales applications de l’Azote 5 VI-Utilisation industrielle, stockage et transport 5 Chapitre 2 Généralité Les méthodes de séparations des gazes de l’air VII-Introduction 7 VIII-Les méthodes de séparation de l’air 7 1-La Distillation cryogénique 8 2-La Séparation membranaire 9 IX-Conclusion générale 10 X-Références 11 1 II. Résumé : Ce travail a pour objectif principal d’essayer d’identifier le meilleur procédé de séparation et surtout le plus adéquat pour une production à grande échelle de l’oxygène et de l’azote avec un rendement optimal. III. Introduction générale La cryogénie, science et technologie des températures inférieures à 120 K, a entamé son deuxième siècle d’existence elle est le résultat d’une conjonction historique du progrès scientifique (déplacement progressif de la thermodynamique au cours du XIXe siècle, de la théorie macroscopique de l’énergie de J.Joule et S.Carnot, à la mécanique statistique des particules microscopique de L.Boltzman et J.W.Gibbs, et du progrès technologique (poursuite de la liquéfaction des gaz atmosphériques jusque-là considérés comme « non condensables », faisant appel aux études des propriétés des substances chimiques pures et de leurs mélanges, les appareils de compression, l’écoulement et les transferts de chaleur des fluides et les techniques d’isolation thermique) . L'histoire de la séparation d'air est connue depuis longtemps, à l’échelle de la recherche et au niveau du laboratoire la première liquéfaction de l'air [L. Cailletet et R. Pictet, 1877] et la première séparation de l'oxygène et de l'azote [K. Olszewski et S. Wroblewski, 1883] furent rapidement suivies par la liquéfaction de l'hydrogène, rendue possible par l'invention d'un réservoir isolé sous vide avec écran de rayonnement [J. Dewar, 1898]. Cependant, ce fut la première liquéfaction de l'hélium [H. Kamerlingh Onnes, 1908] qui ouvrit la voie de la recherche sur la matière condensée aux basses températures. En 1895 la première liquéfaction du l’air au monde dans des unités pilotes et aussi leurs première production et commercialisation. Le terme « air » désigne le fluide gazeux parfait, incolore, inodore et invisible qui constitue l'atmosphère terrestre. On l'associe plus généralement à la troposphère, la couche de l’atmosphère de la Terre la plus proche de la surface du globe. En contact direct avec cette dernière, l'air est donc sensible à l'évaporation des océans, à la photosynthèse ou encore aux activités humaines. 2 La première usine de séparation de l’air fut née en 1904, depuis cette date une série d’évolution a été remarquée jusqu’à en 1984 la plus grande usine de séparation d'air au monde sise à VAROX avec l'ajustement variable de demande de l'oxygène. L’année 1991 la plus grande usine de séparation de l'air du monde avec les colonnes emballées. En 1992 les usines de séparation d'air produisent les méga purs gaz, et 1997 Linde fait une nouvelle et importante étape dans l'histoire de séparation d'air. Quatre trains de génération d'azote sont fournis, chacun d'eux constitue la plus grande usine de séparation d'air jamais construite. Capacité d'azote 1.200 MMSCFD (40.000 t/d). Parmi les gaz industriels on trouve que l’Oxygène et l’Azote qui prédominent, due à leur vaste et diverses utilisations. 1. Composition de l'air 2. Figure.1 : Composition de l’air 3 L'air est un mélange de différents corps purs dans leur état gazeux. La composition de l’air sec est la suivante :  78 % de diazote ;  21 % de dioxygène ;  Environ 1 % d’argon ;  Des traces de néon, de krypton, de xénon et d'hélium. Ces proportions, même si la concentration de l'air diminue avec l'altitude, sont identiques, quel que soit le lieu et jusqu'à une altitude de 100 kilomètres. Au-delà, il n'y a quasiment plus d'air. L'air contient également de la vapeur d’eau dans des concentrations qui peuvent beaucoup varier, aussi bien dans le temps que dans l'espace. Ainsi, dans un air froid, le volume de vapeur d'eau dans l'air ne dépasse pas les 0,6 %. En revanche, dans un air chaud, il peut monter jusqu'à plus de 4 %. 3. Cependant dans notre étude on va essentiellement se concentrer sur les deux composants les plus importants qui sont le : diazote(N2) et le dioxygène (O2) et l’étude de leurs différentes méthodes de séparation, qui nous mèneras par la suite à nous poser une problématique qu’est : Quelle méthode de séparation est la plus efficace à grande échelle ? Chapitre 1 : Généralité sur les composantes de l’air (Oxygène) et (Azote) : 4 Les deux composants les plus dominants sont l'Oxygène et l’Azote. L’oxygène est un gaz dans les conditions ordinaires (15°C et 1 bar), il est indispensable à la vie ! Il est incolore, sans odeur, et sans saveur. Point d'ébullition : - 183 °C, Point de congélation : - 219 °C Figure.2 : Bouteilles d’oxygène industrielle IV. Principales applications de l’Oxygène La circulation sanguine, dans notre corps, absorbe l'oxygène de l'air dans nos poumons pour alimenter les cellules. Il est utilisé dans la chirurgie et pour ceux qui ont des difficultés respiratoires. En industrie, l'air augmente l'efficacité de production dans les applications de traitement d'acier, le verre, l’industrie chimique. L’azote est un gaz incolore, sans odeur et sans saveur. A la pression atmosphérique, pour des températures à – 196°c ; c’est un liquide. L’azote ne peut entraîner ni la respiration, ni la combustion (gaz inerte), mais joue un rôle essentiel en tant qu’élément de la matière. C’est un gaz ininflammable. Point d'ébullition : -196 °C, Point de congélation : - 210 °C 5 Figure.3 : Bouteille d’azote industrielle V. Principales applications de L'azote L'azote(N) est un composant essentiel des aminoacides, et de base de toute forme de vie. Sans cet élément, il n'y aurait pas de métabolisme, pas de protéines et pas d'ADN. De l'azote pur est utilisé pour gonfler les pneus des avions de sorte que les roues ne prennent pas feu lors du décollage et de l’atterrissage. Il est aussi utilisé pour le refroidissement du béton, la congélation des sols en génie civil ainsi que la cryochirurgie dans le domaine médical, « cryoablation » de verrues (brûlure par un froid extrême). Les unités de Kelvin sont employées couramment dans la science et la technologie cryogéniques car elles sont beaucoup plus pratiques. On peut voir beaucoup plus facilement qui est le plus froid ou le plus chaud, par exemple le point d’ébullition de l’Azote liquide est plus froid que l’Argon liquide, qui est plus froid que l’oxygène liquide. Les différences des points d'ébullition ont l'influence essentielle sur la séparation des liquides par distillation. 6 VI. Utilisation industrielle, Stockage et transport L'oxygène généralement se trouve soit comme gaz à haute pression soit comme un liquide froid. Souvent le stockage des grandes quantités de l'oxygène se fait en forme liquide, parce qu'il occupe beaucoup moins d'espace, et selon la quantité à utiliser sera le moyen du stockage dans les cylindres ou des tubes à haute pression. Le stockage et la manipulation des cylindres de gaz comprimé sont régît par les normes Industrielles. Les ouvriers devraient utiliser les gants vigoureux, les lunettes de sécurité avec les boucliers latéraux pour protéger les yeux et le visage, et les chaussures de sûreté gants isolés thermiques, une longue chemise gainée et pantalon sans manchettes, en manipulant des cylindres de gaz comprimé. En raison de sa basse température, l'oxygène liquide ne devrait pas contacter la peau, sinon peut causer des brulures de degrés trois. Pour empêcher l'étouffement, il est important d'avoir la bonne ventilation en travaillant avec de l'azote. Les zones de travail Confinées doivent être examinées pour des niveaux d’oxygène avant l'entrée. Si le niveau d’oxygène est plus bas que 19.5 %, personnel, y compris des sauveteurs, devront ne pas entrer dans le secteur sans équipement de respiration spécial qui fournit une indépendante source d'air de respiration propre. Le stockage de l'oxygène liquide dans trois différents types de récipients, les Vase Dewar, les cylindres de liquide cryogénique et les réservoirs de liquide cryogénique. Pour répondre aux besoins en petites quantités, les gaz sont stockés dans des bouteilles sous pression. Lorsque le besoin de gaz industriels est en grandes quantités, sur le site d’utilisation vont être installés des réservoirs fixes, permettant de stocker des gaz sous forme liquide. Les gaz liquéfiés sont transportés depuis les sites de production jusque chez les consommateurs dans des camions citernes, dans des bouteilles sous pression. Les grands sites industriels tels uploads/Geographie/ pfe-bensaci.pdf