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Année universitaire 2015 - 2016 OPERATIONS UNITAIRES Enseignant : Dr. SAKRI ADE

Année universitaire 2015 - 2016 OPERATIONS UNITAIRES Enseignant : Dr. SAKRI ADEL UNIVERSITE DE BISKRA SUPPORT DU COURS Niveau 3ème Année Licence en génie des procédés ANNEE UNIVERSITAIRE 2015/2016 I SOMMAIRE Sommaire I Chapitre 1 : Généralités sur les opérations unitaires 1- Introduction 1 II-Quelques types des opérations unitaires 1 II-1 Absorption 1 a- Définition 1 b- Types d’absorption 1 1- Absorption physique 1  Applications de l’absorption physique 1 2- Absorption avec réaction chimique 2  Applications de l’absorption avec réaction chimique 2 c- Choix du solvant d’absorption 2 II-2 Extraction 4 a- Définition 4 b- Choix d'un système industriel d'extraction liquide-liquide 4 c- Choix du solvant 4 d- Classification des équipements industriels pour l’extraction liquide-liquide 4 e- Economie des procédés d'extraction liquide-liquide 5 f- Applications industrielles 5 II-3 Adsorption 6 a- Définition 6 b- Types d’adsorption 7 1- Physisorption 7 2- Chimisorption 7 3- Persorption 8 c- Applications 8 II-4 Distillation 8 a- Définition 8 b- Rectification 9 Chapitre 2 : Absorption et strippage 1- Equilibre liquide-gaz 11 a- Calcul et Bilan 13 b- Concept d’étage théorique 14 c- Méthode de Mac Cabe et Thièle 14 2- Stripping 15 a- Stripping des solutions aqueuses 15 b- Stripping par un gaz incondensable 16 3- Absorption discontinue 17 4- Stripping discontinu 17 Chapitre 3 : Extraction Liquide – Liquide 1- Introduction 18 2- Système à trois constituants 18 a- Diagramme ternaire 18 a-1 Détermination de la composition d'un mélange ternaire 18 a-2 Détermination de la masse de solvant pour une composition donnée de l’extrait 21 II a-3 Détermination Nombre de plateaux théoriques (méthode graphique) 22 Chapitre 4 : Extraction liquide-solide 1- Définitions 23 2- Applications industrielles d’extraction solide-liquide 24 3- Mécanisme d’extraction : étapes du transfert de matière 24 4- Diagramme de janeck 25 5- Coefficient de partage ou de distribution 26 6- Extraction à contre-courants 27 6-1 Le principe 27 6-2 Calcul et bilans 28 6-3 Existence d’un pole P 29 7- Extraction à courants croisés 30 Chapitre 5 : Distillation 1- Distillation d’un mélange binaire 31 2- Rectification continue 32 3- Calcul et Bilans 33 4- Détermination du nombre des plateaux théoriques minimale 33 4-a La méthode graphique M.cabe et Thièle 33 4-a-1 Hypothèses 33 4-a-2 Détermination du nombre des plateaux théorique 34 1- Etude de la section d’enrichissement 34 2- Etude de la section d’épuisement 35 3- Intersection entre les deux droites 36 4- Equation de la droite d’alimentation 36 5- influence de l’alimentation 36 6- Influence du taux de reflux sur le nombre des plateaux 37 7- Calcul de l’efficacité d’une colonne de rectification : ( Mac Cabe et Thièle) 38 a) Efficacité globale 38 b) Efficacité de Murphy 38 4-b La méthode graphique de Ponchon -Savarit 39 1- Diagramme enthalpie-concentration 39 2- Bilans matière et bilans enthalpiques sur une colonne 40 3- Principe de la construction de Ponchon-Savarit sur le diagramme (h-H) / (x-y) 41 4- Nombre minimum de plateaux 45 Chapitre 6 Sédimentation 1- Définitions 46 2- Principe de la décantation 46 1- Facteurs régissant la séparation 47 2- Vitesse de sédimentation 47 3- Types de décantation 49 Bibliographie 51 Chapitre I : « Généralités sur les opérations unitaires» 1 Support du cours : LES OPERATIONS UNITAIRES 3ème Année Licence en génie des procédés E n s e i g n a n t : D r . S a k r i A d e l Université de Biskra Chapitre I : Généralités sur les opérations unitaires I- Introduction : Un procédé de production dans l’industrie chimique peut être contenir une succession d’opérations qui constituent ses étapes élémentaires. On distingue généralement les réacteurs (le cœur de la production) 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 résultant. La maîtrise de ces opérations unitaires est essentielle pour l’optimisation technico-économiques de la production. II- Quelques types des opérations unitaires : II-1 Absorption: a- Définition: Il s'agit d'un transfert de matière entre deux phases (gazeuse et liquide), cette dernière (la phase liquide) étant constituée d’un corps pur ou d’un mélange de plusieurs substances (solvant). le soluté qui est en transfert et le diluant représenté par un gaz porteur inerte. La désorption est l'opération inverse de l’absorption. Généralement l’absorption est utilisée pour la purification des gaz, ou bien pour la séparation de mélanges gazeux. Le composé dissous peut être récupéré par distillation, et le solvant pour des considérations économiques doit être recyclé. b- Types d’absorption : 1- Absorption peut être purement physique : Le phénomène ne dépend que des équilibres liquide-vapeur comme dans la distillation, exemple le cas de l’absorption des hydrocarbures légers dans un solvant constitué par des hydrocarbures moins volatils.  Applications de l’absorption physique: L'utilisation du processus d’absorption physique est préférée dans les cas suivants : – le mélange gazeux d’alimentation et le constituant à absorber sont présents en grande quantité, à pression élevée; – la fraction de gaz non absorbée doit présenter une très grande pureté; 2 Support du cours : LES OPERATIONS UNITAIRES 3ème Année Licence en génie des procédés E n s e i g n a n t : D r . S a k r i A d e l Université de Biskra – un ou plusieurs constituants absorbés sélectivement doivent être obtenus soit sous forme enrichie, soit sous forme pure; – le soluté doit faire l’objet d’une opération de synthèse ultérieure. 2- Absorption avec réaction chimique : assez courante dans l’industrie, la réaction chimique d’un ou de plusieurs constituants du mélange gazeux peut se produire avec le solvant exemple :l’absorption du chlore par de l’eau ou avec un soluté dissous dans le solvant comme l’absorption de CO2 et de H2S par de l’eau. Les absorptions avec réaction chimique nécessitent toujours une désorption par stripage à la vapeur ou par distillation, dont le coût peut devenir prohibitif dans certains cas.  Applications de l’absorption avec réaction chimique: L’absorption par réaction chimique est préférée pour : – la récupération du solvant n’exige pas une grande quantité d’énergie; – les constituants devant être séparées sont fortement acides et subissent une réaction thermique réversible avec le solvant; – les constituants à séparer à partir du mélange d’alimentation sont présents en faible concentration sous une basse pression. c- Choix du solvant d’absorption : Les critères du choix d’un absorbant : - un taux d’absorption élevé; - moins volatile; - un solvant moins visqueux est préféré dans le but d’éviter l’engorgement et la chute de pression dans le dispositif de pompage; - la résistance à la corrosion, afin d’éviter des matériaux très chers; - non inflammables, moins toxiques et chimiquement stables; - un prix moins élevé. - la possibilité de récupération. 3 Support du cours : LES OPERATIONS UNITAIRES 3ème Année Licence en génie des procédés E n s e i g n a n t : D r . S a k r i A d e l Université de Biskra Fig.1 débenzolage de gaz de four à coke Fig.2 Trois colonnes d'absorption à recirculation, montées en séries à contre-courant réfrigérant sur chaque ligne de recirculation appoint solvant frais et sortie gaz purifié sur la colonne n°1 sortie absorbat et alimentation gaz riche sur la colonne n°3 4 Support du cours : LES OPERATIONS UNITAIRES 3ème Année Licence en génie des procédés E n s e i g n a n t : D r . S a k r i A d e l Université de Biskra II-2 Extraction: a- Définition :L'extraction liquide-liquide est une opération qui permet la séparation d'un ou plusieurs constituants par l'utilisation de leur distribution inégale dans deux liquides pratiquement non-miscibles. Généralement on met en contact la solution d'alimentation, contenant les constituants à séparer (solutés) avec un autre solvant qui extrait préférentiellement un ou plusieurs des solutés. Le solvant qui contient alors le ou les solutés est désigné sous le terme d'extrait, la solution d'alimentation ayant perdu la majeure partie de ces mêmes constituants est appelé raffinat. Le principe de l'extraction liquide-liquide est simple, mais sa mise en place est assez complexe à cause du choix successive du soluté, le système liquide-liquide, le procédé et enfin l'appareil pour assurer les meilleures performances. b- Choix d'un système industriel d'extraction liquide-liquide : L'extraction peut se diviser en trois étapes :  l'extraction du soluté par un solvant contenant l'agent de la séparation.  le lavage par reflux pour ré-extraire les impuretés du solvant.  la récupération des composés de l'extrait (solvant et soluté purs), elle peut être faite par une nouvelle extraction liquide-liquide ou par cristallisation, précipitation ou complexassions chimiques. c- Choix du solvant est primordial et très complexe, en effet celui-ci doit satisfaire différentes conditions : avoir une forte capacité d'extraction, une grande sélectivité, des caractéristiques physico-chimiques permettant une récupération à la fois facile du soluté et du solvant, une solubilité négligeable dans le raffinat, être stable chimiquement etc ... d- Classification des équipements industriels pour l’extraction liquide- liquide : On distingue trois classes d'appareils d'extraction liquide-liquide : uploads/Industriel/ cours-version-2-3-lmd-pdf.pdf