Genie Des Procédés
-
Upload
anass-anass -
Category
Documents
-
view
73 -
download
5
description
Transcript of Genie Des Procédés
DEUG Sciences & Technologie
Introductionau Génie des Procédés
Didier GEIGERIntroduction
D.G.- 2
Génie des Procédés
Génie des procédés (1)
Science de l’ingénieur ayant pour objet:
• de concevoir,• de calculer,• de faire fonctionner,
à l’échelle industrielle, l’appareillage dans lequel s’effectuent des transformations physiques, chimiques, ou biologiques.
D.G.- 3
Génie des Procédés
Génie des procédés (2)
Ensemble des opérationsmettant en œuvre des transformations
• physiques,• chimiques, • ou biochimiques,permettant de préparer un (ou des ) produit(s)à partir de matières disponibles…
D.G.- 4
Génie des Procédés
Génie des procédés (3)
Géniedes procédés
Chimie
Biologie
Mécanique
Physique
Energétique
Agro-alimentaire
Biomédical
Chimie
Pétrochimie
Pharmacie
D.G.- 5
Génie des Procédés
Génie des procédés (4)
• Concevoir le procédé de fabricationet donc définir une suitede diverses opérations unitaires,
• choisir le(s) réacteur(s),
• optimiser les diverses étapes successives(rendements énergétique, économique…),
• envisager son contrôle et sa commande.
D.G.- 6
Génie des Procédés
Génie des procédés (5)
Matières premières
Produit principal
Opérations unitaires:préparation des réactifs
Opérations unitaires:séparation des mélanges
REACTEUR
Co-produits
Matières premières
D.G.- 7
Génie des Procédés
Les bases scientifiques du génie des procédés
• Lois d’équilibre entre phases
• Analyse fonctionnelle des procédés
• Cinétiques de transfert
D.G.- 8
Génie des Procédés
Lois d’équilibre entre phases (1)
La connaissance des lois d’équilibre entre phases,par une analyse thermodynamique du systèmeou, plus simplement, par une série d’expériences,est fondamentale pour savoir si une séparation est possible ou non.
L’examen des courbes d’équilibre permet d’apprécierà priori si l’opération unitaire envisagéesera plus ou moins difficile à réaliser.
D.G.- 9
Génie des Procédés
Lois d’équilibre entre phases (2)
Les lois d’équilibre entre phases sont tirées des principes de la thermodynamique des solutions,notamment par l’application du deuxième principe,en écrivant, pour les phases en présence,l’égalité des potentiels chimiques de chaque constituant (conditions d’un équilibre stable).
D.G.- 10
Génie des Procédés
Analyse fonctionnelle des procédés
Le génie des procédés s’intéresse principalement aux bilans matière et énergie fondés sur le premier principe de la thermodynamique :
Les bilans systématiques sont essentiels pour le calcul des installations, mais aussi pour renseigner l’ingénieur sur la bonne marche d’un appareil (identification d’une fuite, vérification de l’obtention d’un régime permanent...).
( ) ( ) ( )entrées sorties accumulations transformations− = +∑ ∑ ∑
D.G.- 11
Génie des Procédés
Cinétiques de transfert
On distingue fondamentalement deux types de cinétiques :
• la cinétique chimique, qui étudie les vitesses de transformation de la matière par voie réactionnelle,
• la cinétique physique, qui concerne les transferts par diffusion (moléculaire ou turbulente).
D.G.- 12
Génie des Procédés
Cinétique chimique
• Schéma réactionnel
• Cinétique de réaction
...a b c x y z+ + + → + +A B C X Y Z
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]1...
dk
x dtα β γ=
X A B C
D.G.- 13
Génie des Procédés
Cinétique physique
• Loi de Newton(transferts de quantité de mouvement)
• Loi de Fourier(transferts de chaleur)
• Loi de Fick(transferts de matière)
Ce sont des lois du premier ordre de la forme :
,
( )grandeur dansla direction x
potentiel lié àx
∂Φ =−∆
D.G.- 14
Génie des Procédés
Les bases techniques du génie des procédés (1)
Le principe fondamental de toute opération de transformation de la matière est toujours le même.
Il consiste :• à préparer les courants contenant les produits de base
en réalisant un contact intime des phases en présence ;• à permettre que se développent des réactions
et des transferts de matière et de chaleur,sous les différences de potentiel adéquates ;
• à séparer les phaseset les constituants du mélange résultant.
D.G.- 15
Génie des Procédés
Les bases techniques du génie des procédés (2)
Tout procédé se résume ainsià un ensemble d’opérations unitaireset de réacteursqui font appelà des technologies différentespour assurer les échanges.
D.G.- 16
Génie des Procédés
Opérations unitaires
Cristallisation fractionnéeLyophilisationCryo-concentration
Adsorption en phase vapeurEchanges d’ionsChromatographie en phase gazeuseSéchage des solides
Asdorption en phase liquideEchanges d’ionsChromatographie en phase liquide
Transferts de matière entre phases fluideset phases solides
DistillationRectificationEvaporationSéchage des liquides
AbsorptionEntraînementDésorption
Interposition d’une membrane: dialyse, ultrafiltration, osmose inverse, perméationgazeuseContact direct: extraction par liquide non miscible
Transferts de matière entre phases fluides
Systèmes non isothermes : transferts
avec changement d’état
Systèmes mixtes : transferts en phase
gazeuse
Systèmes isothermes : transferts en phase
liquide
D.G.- 17
Génie des Procédés
Le réacteur (1)
Les réacteurs sont les appareils qui, au cœur d’une unité de transformation industrielle de la matière, sont destinés à permettre à une réaction chimique ou biochimique de s’accomplir.
Ils peuvent être classés:• en fonction du mode ou des techniques de mise en
contact de phases utilisés (réacteurs en lit fluidisé, réacteur tubulaire par exemple)
• ou de la nature des phases en présence (réacteurs homogènes ou réacteurs hétérogènes).
D.G.- 18
Génie des Procédés
Le réacteur (2)
Il est commode de différencier les appareils suivant le mode d’alimentation :
• alimentation par charges discontinues (« batch », « semi-batch »), qui offre l’avantage de permettre un traitement uniforme de la matière, mais qui implique un suivi permanent de l’opération selon un programme préétabli ; ce type d’appareil a la faveur des industriels pour les opérations jugées très délicates (bioréacteurs);
• alimentation continue et soutirage correspondant ; cette solution est en général préconisée pour bénéficier des avantages du régime permanent et d’une assistance moindre.
D.G.- 19
Génie des Procédés
Techniques de mise en contact de phases
Mélangeurs de pâtes et de solides, cuves agitées,
Système dynamique avec mélange complet entre phases
Fluidisation multi-phases,transport pneumatique ou hydraulique
Système intermédiaire, avec mélange limité
Colonne à dispersion, colonne à parois mouillées
Système avec écoulement de phases
Colonne à garnissage, à couche fixe, à plateaux
Système avec phase statique et phase(s) dynamiques
Frittage, agglomérationSystème statique complet
TechnologieDescriptif du système
D.G.- 20
Génie des Procédés
Techniques de transformation de l’énergie
Pompes, ventilateurs, compresseursÉnergie mécaniqueTransferts d’énergie
mécanique
Évaporateurs, condenseursÉnergie thermique avec changement d’étatthermique entre phases
Échangeurs de chaleurÉnergie thermique sans changement d’étatTransferts d’énergie
Dispositifs à frictionÉnergie mécaniqueénergie thermique
Fours électriques et électromagnétiquesÉnergie électriquesource d’énergie en
Chaudières, fours à combustionÉnergie chimiqueDégradation d’une
Machines frigorifiques, thermiques, pompes à chaleur
Énergie mécanique et thermique
Conversion réciproque de diverses formes d’énergie
ExemplesNature de l’énergieDispositifs
D.G.- 21
Génie des Procédés
Exemple d’étage
D.G.- 22
Génie des Procédés
Exemples de réacteurs
D.G.- 23
Génie des Procédés
Exemples de réacteurs
D.G.- 24
Génie des Procédés
Exemples de réacteurs
D.G.- 25
Génie des Procédés
Distillateur
D.G.- 26
Génie des Procédés
Distillateur à compresseur
D.G.- 27
Génie des Procédés
Colonne à plateaux
D.G.- 28
Génie des Procédés
Colonne à distillation continue
D.G.- 29
Génie des Procédés
Osmose inverse
D.G.- 30
Génie des Procédés
Dessalement par osmose inverse
D.G.- 31
Génie des Procédés
Principed’une raffinerie simple
D.G.- 32
Génie des Procédés
Carbochimie
D.G.- 33
Génie des Procédés
Rein artificiel