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Par : Pr. Mohammed LOUKILI E-mail: mohammed.loukili@usmba.ac.ma ECOLE SUPERIEUR

Par : Pr. Mohammed LOUKILI E-mail: mohammed.loukili@usmba.ac.ma ECOLE SUPERIEURE DE TECHNOLOGIE FILIERE GENIE DES PROCEDES Semestre 3 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 2 Organisation de l’industrie Chimique dans les entreprises: Sécurité dans les entreprises. Contrôle de la pollution dans les entreprises chimiques Production des produits chimiques inorganiques Estimation des coûts dans l’industrie chimique Plan :  Objectifs du cours  Avoir une vue d’ensemble de la chimie industrielle  Approche alternative { l’approche classique (linéaire) : chimie fondamentale -> chimie industrielle  Approche par le procédé  Pouvoir analyser un schéma de procédé  On ne s’intéresse pas au dimensionnement détaillé  On s’intéresse : { l ’architecture du procédé, au choix des appareils, aux conditions opératoires Ière conception d ’un procédé { partir des données fondamentales 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 3 1. Grands domaines de la chimie industrielle 2. Caractéristiques de l’industrie chimique 3. Matières premières naturelles 4. Sources d’énergie 5. Voies d’accès aux principaux produits de base 6. Principales filières de transformation I. Présentation du monde de la chimie industrielle 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 4 1. Grands domaines de la chimie industrielle 11. Chimie de base (organique et minérale) Obtention de grands intermédiaires de la chimie minérale et organique à partir de quelques dizaines de matières premières Ex : engrais, solvants, monomères …• CHIMIE LOURDE Production de matières premières de base, Molécules simples Gros tonnages Production en continu Bas prix, faible valeur ajoutée • CHIMIE FINE Production de molécules complexes (aldéhydes, cétones, amines, molécules polyfonctionnelles …) Intermédiaires de synthèse Produits finis (parachimie), production en quantités plus faibles en continu et en discontinu Prix plus élevés, haute valeur ajoutée 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 5 Chimie de base Chimie minérale Chimie organique Transformation de matières premières banales : eau, air, sel, soufre, gaz naturel, calcaire, sable ... Acides inorganiques Bases inorganiques Engrais Gaz -> voir tableau Composés du carbone obtenus à partir de : végétaux, houille, pétrole, gaz naturel Biochimie Carbochimie Pétrochimie 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 6 RAPPELS ORGANIQUE MINERAL  Chimie organique  Chimie minérale • Composés du C (+ H, O, N) • Chimie des composés des autres + non métaux Cl, Br, I, S, P ... Éléments + CO, CO2, RCN  Composés organiques  Composés minéraux • formés de liaisons covalentes • formés de liaisons ioniques • rarement solubles dans l’eau • électrolytes solubles dans l ’eau • point de Fusion et Ebulition bas : • F et Eb élevés; la plupart sont la plupart sont liquides à T, P ordinaires cristallisés à T ordinaire • r voisine de 1 • r variable et souvent élevée • décomposés thermiquement • grande stabilité thermique • 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) 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 7 TOP 50 DES PLUS FORTS TONNAGES (USA, 1991) 1. acide sulfurique 2. azote 3. éthylène 4. oxygène 5. ammoniac 6. chaux 7. acide phosphorique 8. soude 9. chlore 10. propylène 11. carbonate de sodium 12. urée 13. acide nitrique 14. nitrate d ’ammonium 15. 1,2-dichloroéthane 16. benzène 17. chlorure de vinyle 18. dioxyde de carbone 19. méthyltertiobutyléther 20. éthylbenzène 21. styrène 22. méthanol 23. acide téréphtalique 24. toluène 25. formaldéhyde 26. xylènes 27. acide chlorhydrique 28. p-xylène 29. oxyde d ’éthylène 30. éthylèneglycol 31. sulfate d ’ammonium 32. cumène 33. potasse 34. acide acétique 35. oxyde de propylène 36. phénol 37. butadiène 38. noir de carbone 39. acrylonitrile 40. acétate de vinyle 41. sulfate d ’aluminium 42. cyclohexane 43. oxyde de titane 44. acétone 45. silicate de sodium 46. acide adipique 47. sulfate de sodium 48. alcool isopropylique 49. chlorure de calcium 50. caprolactame Chimie minérale 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 8 12. Parachimie  Utilisation de produits de base  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 ... 13. Pharmacie humaine et vétérinaire • Médicaments pour l’homme et vétérinaires • Activité de chimie fine et de spécialités • Nombreuses étapes réactionnelles + activité de formulation (galénique) • Activité de recherche importante • Effort de R&D : 100 Millions d’euros sur 10 ans /médicament FORMULATION 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 9 14. Métallurgie chimique (ou métallurgie extractive)  Permet de transformer en métal les combinaisons chimiques stables thermodynamiquement { l’état naturel (oxydes, carbonates, chlorures, sulfures …)  Implique des opération 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, ... + réduction en milieu fondu (électrolyse de l’alumine pour obtenir Al) 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 10  Industrie jeune  Peu de procédés anciens : • synthèse du carbonate de calcium (Solvay, 1861) • synthèse de l ’ammoniac (Haber-Bosch, 1911)  Développement important et diversification • évolution rapide des technologies  En 1990 : 1 produit sur 2 a moins de 10 ans  Industrie en expansion  Croissance des marchés, coût des matières premières baisse  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 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 11  Mondialisation de l’industrie chimique  Protection contre fluctuations des monnaies, des coûts  Sécurité d ’accès { 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 nanomatériaux… • prise en compte des aspects sécurité et environnement Tendance au regroupements (acquisitions) 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 12 2.2. Relations Chimie industrielle et chimie académique  La Chimie Industrielle possède sa logique propre S’écarte de la chimie « académique » afin de s ’adapter aux impératifs : • économiques • technologiques • de sécurité • d’environnement  Quelques exemples 1. Remplacement du chlore par O2, air dans les procédés d ’oxydation (contraintes économiques et écologiques) 2. Production de TiO2 : limitation sévère des rejets liés au procédé d ’extraction du minerai par H2SO4 -> développement de la technique au chlore 3. Oxydation de SO2 en SO3 : SO2 + 1/2 O2 -> SO3 Dn < 0 -> P -> réaction favorisée pourtant procédé de double catalyse (P faible) 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 13  Evolution des méthodes d’obtention • Exemple : production d ’acrylonitrile - Procédé ancien : HCN servait { préparer l’acrylonitrile { partir d ’acétylène : CH CH + HCN CH2=CH-CN -Procédé actuel : HCN = sous-produit de la production d’acrylonitrile par ammoxydation du propylène : 2 CH2=CH-CH3 + 2 NH3 + 3 O2 6 H2O + 2 CH2=CH-CN CH2=CH-CH3 + 3 NH3 + 3 O2 6 H2O + 3 HCN HCN : matière première sous-produit  Transfert d ’une réaction chimique du domaine fondamental au domaine industriel • prend en compte l ’importance des masses manipulées (MP, produits, sous- produits).  CONCLUSION : connaissances de base de la chimie académique indispensables MAIS adaptation aux contraintes de la chimie industrielle 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 14 ACTIVITE INDUSTRIELLE ET ECONOMIQUE EN CHIMIE (P. ARNAUD) ENERGIE HOUILLE, PETROLE BIOMASSE PARACHIMIE CHIMIE DE BASE PHARMACIE INDUSTRIES CONSOMMATEURS AGRICULTURE Matières premières Transformation Utilisation 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 15 3. Matières premières naturelles  Substances disponibles dans notre environnement terrestre Oxygène 455 000 Vanadium 136 Silicium 272 000 Chlore 126 Aluminium 83 000 Chrome 122 Fer 62 000 Nickel 99 Calcium 46 600 Rubidium 78 Magnésium 27 640 Zinc 76 Sodium 22 700 Cuivre 68 Potassium 18 400 Cérium 66 Titane 6 320 Néodyme 40 Hydrogène 1 520 Lanthane 35 Phosphore 1 120 Yttrium 31 Manganèse 1 060 Cobalt 29 Fluor 544 Scandium 25 Baryum 390 Niobium 20 Strontium 384 Azote 19 Soufre 340 Gallium 19 Carbone 180 Lithium 18 Zirconium 162 Plomb 13 Ordre d ’abondance des éléments dont la teneur est supérieure à 10 grammes/tonne dans la croûte terrestre (30 km d’épaisseur) 23/01/2013 Procédés Industriels- Pr Mohammed LOUKILI 16  Eléments les plus répandus : oxygène, silicium, aluminium, fer, calcium magnésium, sodium, potassium  Abondance  disponibilité -> il faut concentration en un lieu donné -> extraction  Il faut aussi tenir compte de la couche gazeuse (ex : N2 + abondant que O2 dans l’atmosphère, le contraire dans la croûte terrestre)  uploads/Industriel/ procedes-industriels.pdf