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Première partie : Introduction au génie chimique et à la chimie industrielle 1

Première partie : Introduction au génie chimique et à la chimie industrielle 1 II. Introduction à la chimie industrielle On définit la chimie industrielle comme une branche du génie chimique qui applique des procédures physiques et chimiques à travers la transformation de matières premières naturelles et leurs dérivés en produits qui sont bénéfiques pour l’humanité. Comment passer d’une synthèse de laboratoire à l’échelle industrielle II.1. Domaines de la Chimie industrielle Des potentialités importantes: Une croissance plus rapide que les autres secteurs industriels Un vaste secteur (La chimie de base ,La chimie pharmaceutique (humaine et vétérinaire), La métallurgique chimique, La parachimie…) Chimie de base Chimie minérale Chimie organique Transformation de matières premières banales : eau, air, sel, soufre, les phosphates, calcaire, sable ... Composés du carbone obtenus à partir de : végétaux, houille, pétrole, gaz naturel II.1.1. Chimie de base 2 Elle produit de gros tonnage à partir de matières premières facilement accessibles . Elle comprend: RAPPELS CHIMIE ORGANIQUE CHIMIE MINERALE • Composés du C (+ H, O, N) • Chimie des composés des autres + non métaux Cl, Br, I, S, P ... Éléments + CO, CO2, …… • formés de liaisons covalentes • formés de liaisons ioniques • rarement solubles dans l’eau • électrolytes solubles dans l ’eau • °F et °Eb basses : la plupart sont liquides • °F et °Eb élevées; la plupart sont à T, P ordinaires cristallisés à Température ordinaire • densité voisine de 1 • densité variable et souvent élevée • décomposés thermiquement • grande stabilité thermique • sont presque tous combustibles • rarement combustibles  Réactions organiques  Réactions minérales • souvent lentes, réversibles et • souvent rapides et totales incomplètes • effets thermiques forts • souvent faibles effets thermiques (exo-, endothermiques) 3 II.1.2. Parachimie  Utilisation de produits de la chimie base  Production de tonnages importants, appel à des traitements physiques, mélange, conditionnement…  Elaboration de produits fonctionnels, grande diversité : • savons, lessives, • peintures, vernis et encres, • parfums, cosmétiques et produits de beauté, • colles, liants et adhésifs, • colorants, explosifs, produits phytosanitaires ... FORMULATION 4 II.1.3. Pharmacie humaine et vétérinaire C’est l’industrie des médicaments et autres produits utiles à la santé des hommes et des animaux. Elle nécessite: de nombreuses étapes réactionnelles + activité de formulation d’activité de recherche importante. 5 I.1.4. Métallurgie chimique (ou métallurgie extractive)  Permet de transformer en métal les combinaisons chimiques stables à l’état naturel (oxydes, carbonates, chlorures, sulfures …)  Implique des opérations de séparation, purification, concentration des minerais …  2 voies de production : extraction du métal à partir de solutions aqueuses par : • cémentation • précipitation • électrolyse métallurgie par voie humide métallurgie par voie sèche 2 voies de production Réduction d ’un oxyde ou d’un halogénure par : • C, CO, H2, • Mg, Ca, Al, ... 6 II.2. Caractéristiques de l’Industries Chimiques 7  Industrie en expansion  Croissance des marchés, coût des matières premières en baisse  Développement important et diversification (évolution rapide des technologies) Imbrications industrielles complexes  La chimie intervient dans la plupart des activités de production  Valorisation des sous- et co-produits Industrie de capitaux  Concurrence sur les coûts de production -> investissements importants;  Mondialisation de l’industrie chimique  Protection contre fluctuations des monnaies, des coûts  Sécurité d ’accès à l’énergie et aux matières premières  Prix de la main d’œuvre  Effort de recherche considérable  Chimie Fine : élargissement et renouvellement continu de la gamme des produits -> innovation interne  Tendances actuelles : • robotisation • développement des moyens de mesure et d’analyse • développement de recherches aux interfaces ex : matériaux composites • prise en compte des aspects sécurité et environnement 8 II.3. Les matières premières 9 I.3.1. Définitions Substances disponibles dans notre environnement, il s’agit par exemple de l’air, du pétrole, d’un minerai … Réactifs nécessaires pour produire à l’aide d’un procédé des substances recherchées (Raw materials) II.3. Les matières premières 10 II.3.2. Matières premières naturelles MP naturelles minérales -les métaux communs et en alliage : Al, Cu, Sn, Pb, Zn, Sb (Antimoine), Cr (Chrome), Co, Mn, Ni, W (Tungstène) ; - les métaux précieux : Ag, Pt, Au, Pd (Palladium), Ru (Ruthénium), Os (Osmium) ; - les métaux pour technologie avancée : Ti (Titane), Zr (Zirconium); - Les substances non métalliques: l’amiante, le calcaire, la silice, la fluorine (fluorure de calcium), les phosphates, le KCl, le NaCl, le Soufre etc . MP naturelles organiques II.3. Les matières premières - les céréales : blé, riz, maïs, sorgho ; - les oléagineux : soja, arachide, olive, palmiste, copra ; - les sucres : betterave, canne à sucre ; - les produits tropicaux : thé, café, cacao ; - les produits animaux : bovins, porcins, ovins; - le bois, qui donne comme principal produit la cellulose, le latex de l’hévéa d’où l’on extrait le caoutchouc naturel, le coton, la laine, le tabac, les huiles essentielles que l’on extrait à partir de plantes aromatiques, etc. 11 II.3. Les matières premières 12 II.3.3. Problèmes d’approvisionnement Accès aux MP Epuisement des MP Pour le choix d’un procédé et sa mise en œuvre il faut que les matières premières soient accessibles. L’accès aux MP est un problème majeur dans notre temps en particulier dans les pays industrialisés dépourvus de ressources naturelles sur leur sol. -Recycler les métaux; -Ne plus négliger les minerais pauvres et essayer de mettre au point des procédés d’extraction plus élaborés et mieux adaptés pour de tels produits. -Mettre en œuvre des matières premières renouvelables à partir de culture de végétaux (Chimie verte pour la production de bioplastiques etc), II.4. Les principales sources d’énergie L’industrie chimique vient en tête et de très loin des grandes industries consommatrices d’énergie. Au plan quantitatif les principales sources d’énergie utilisées par l’industrie chimique sont les combustibles et l’électricité. 13 Les combustibles Les combustibles sont constitués par les charbons, les fuels et le gaz naturel. Cette énergie est transformée en chaleur par combustion et les combustibles sont caractérisés par leur pouvoir calorifique exprimé en kJ/kg. L’électricité provient essentiellement soit de la conversion d’énergie hydraulique dans les centrales hydro-électriques, soit de combustibles dans les centrales thermiques ou nucléaires. L’électricité 14 Il existe un certain nombre de technologies qui peuvent remplacer les sources d’énergie traditionnelles. On distingue : Les systèmes solaires ; Les systèmes éoliens ; Les biocarburants ; La fermentation méthanique des déchets. Autres énergies 15 uploads/Industriel/ cours-2-chimie-indutrielle 1 .pdf