Opérations Unitaires

Abstract

La purification des matières premières, la séparation des produits désirables des produits indésirables, le traitement des effluents gazeux et liquides pour l'élimination des composants toxiques d'eux sont certains des problèmes courants fréquemment rencontrés par les ingénieurs travaillant dans les industries chimiques et les industries connexes. Certains mélanges peuvent être séparés par des moyens purement mécaniques, par exemple: séparation des particules en suspension des gaz par des cyclones ou des filtres à manches; la séparation des suspensions solides provenant de liquides par filtration, décantation ou centrifugation; la séparation des solides de différentes tailles; etc. Mais il existe de nombreux autres mélanges et solutions dont les composantsne peuvent pas être séparés par des méthodes purement mécaniques, par exemple: l'élimination de l'ammoniac d'un mélange air-ammoniac, la séparation de l'hydrogène et de l'azote dans une usine d'ammoniac, la séparation del'hydrogène et les hydrocarbures dans les applications pétrochimiques, l'élimination du dioxyde de carbone et de l'eau à partir du gaz naturel, l'élimination des vapeurs organiques des courants d'air ou d'azote, l'élimination d'une ou plus de composant (s) d'une solution liquide et ainsi de suite. Dans de tels cas, un groupe de méthodes basées sur la diffusion, c'est-à-dire la capacitéde certains composants à se déplacer à l'échelle moléculaire dans une phase ou d'une phase à l'autre sousl'influence d'un gradient de concentration, ont été jugés très utiles. Ces méthodes ont été regroupées en opérations de transfert de masse, je cite par exemple : Absorption de gaz, distillation, extraction liquide-liquide, adsorption, séchage, cristallisation et autres opérations. Le transfert se faisant dans le sens de la concentration décroissante. La séparation des mélanges et des solutions représente environ 40 à 70% du capital descoûts d'une industrie des procédés chimiques. Dans des cas exceptionnels, comme dans la récupération et la concentration de produits de haute valeur, les coûts d'exploitation peuvent même aller jusqu'à 90% du coût total d'exploitation. C'est pourquoi les opérations de transfert de masse présentent un intérêt particulier pour les produits chimiques. Les opérations de transfert de masse sont généralement classées en trois catégories. 1-Contact direct de deux phases non miscibles ou partiellement miscibles ; 2-Les phases séparées par la membrane ; 3-Contact direct des phases miscibles. Ce polycopié représente un cours destiné aux étudiants préparant une licence en génie des procèdes. L’outil mathématique nécessaire pour la compréhension des phénomènes physicochimique a été fortement simplifié et j’ai essayé alors de ne présenter que des démonstrations intuitives. J’ai tenu à rédiger un chapitre sur les équilibres liquide −vapeur pour que l’étudiant puisse cerner par la suite les connaissances de base et pratiques que doit avoir un chimiste pour mieux comprendre la théorie de l’absorption et la distillation qui constitueront les chapitres essentiels de ce cours. Un chapitre sur les contacteurs gaz liquide a été rédigé, les notions fondamentales tel que solubilité, volatilité, bilans de matière et énergétique ont été abordés afin de s’adapter au mieux aux contenus du cours. Un grand nombre de graphes et de diagrammes vont aider l’étudiant à mieux représenter les équations démontrées. Ala fin de ce cours, l’étudiant devrait être capable de choisir le bon procédé à employer dans le cas d’une séparation en fonction des phases mises en jeu, doit être en mesure d’effectuer des bilans et le dimensionnement des appareils requis pour la séparation ( colonne a garnissage ou plateau ) et même d’évaluer les deux paramètres essentiels de tout procédé industriels dont l’efficacité (pureté, transfert de matière) et la capacité (quantité de matière et hydraulique). Le contenu de ce polycopié a des origines diverses et il convient de citer les sources d’inspiration dont mes professeurs rencontrés durant ma formation. Bibliographie