LE GÉNIE DES PROCÉDÉS

1. LE GÉNIE DES PROCÉDÉS Thermochimie : chapitre 14 Guy Collin, 2008-04-09

2. Préambule • Quel lien peut-on faire entre la chimie et le génie chimique, entre le (la) chimiste et l’ingénieur(e) chimiste ? • Qu’il y a t’il de chimie dans le génie chimique ?

3. L’étudiant et la chimie • L’étudiant en chimie, au laboratoire, ne se préoccupe pas ou peu de la matière qu’il consomme, ni de ce que l’on fera des produits. • Ses préoccupations environnementales demeurent limitées. • Son intérêt se concentre sur le déroulement réactionnel, la chimie proprement dite.

4. Le génie chimique • Au contraire, l’étudiant en génie chimique met au centre de ses préoccupations la mesure des rendements des réactions qui comprend : • la consommation des réactifs, • la disposition des produits, • la consommation de l’énergie, • les implications environnementales • Les lois en vigueur,... • Dans la trame industriel, il est la suite logique du travail réalisé par le chimiste.

5. Les bilans de matière • Ces bilans reposent sur le principe de la conservation de la matière. • Un système clos, ou complètement fermé, n’est l’objet d’aucune variation de masse : Rappelons qu’un système fermé n’est pas nécessairement isolé : il peut donc échanger de l’énergie avec l’extérieur.

6. Les bilans de matière • À l’échelle industrielle, le coût : • des matières premières, • de la disposition ou de l’élimination des sous-produits (déchets) - ou même • de leur valorisation - deviennent une préoccupation majeure. • Chacun des procédés unitaires : • doit viser à atteindre un rendement maximum, • le recyclage des produits, y compris de l’eau, doit être à son maximum, • l’automatisation en continu doit aussi être maximum,..

7. ­ T’R Cristallisoir Solution T’S ® TS, CS® C’S Exemple : la cristallisation • On reconnaîtra aisément que TS > T'S, que CS > C'S et que TR < T'R . • On aura reconnu le procédé à contre courant. fluide réfrigérant ­ TR

8. Cristallisoir Solution épuisée Solution initiale Fluide réfrigérant cristaux Le cristallisoir : bilans de matière • La quantité de sel qui entre dans le cristallisoir doit être égale à la quantité qui en sort, soit en solution soit dans le filtrat. • La quantité de solvant liquide qui entre sous la forme de solution doit être égale à la quantité de solvant qui en sort partiellement épuisé. • Il en est de même des quantités de fluide réfrigérant.

9. T'R, Q'R Solution épuisée T'S, Q'S Cristallisoir Solution initiale TS, QS Fluide réfrigérant TR, QR Cristaux T'S, Q"S Le cristallisoir : bilans d’énergie • Une quantité d’énergie est transférée vers le fluide réfrigérant : • Par unité de temps QS est la quantité de matière. • CPs est la capacité calorifique de chaque matériau. • DTS = TS- T'S est la variation de température. • On calcule donc par unité de temps, la quantité d’énergie perdue par le solvant et celle gagnée par le fluide réfrigérant ainsi que celle emportée par les cristaux. • DE = QS CPsDTS .

10. Le cristallisoir : la cinétique • La vitesse des processus est un élément tout aussi important. • La vitesse de transfert de chaleur dans un condenseur n’est pas immédiate. • Les coefficients de transfert de chaleur à travers les matériaux utilisés sont donc extrêmement importants. • Tous ces facteurs exigent l’élaboration de design d’équipement certainement beaucoup plus complexes.

11. Conclusion • Si le (la) chimiste calcule et prévoit comment un mélange réactionnel va se comporter, il se préoccupe moins de la mise en œuvre des réactions, des procédés de synthèses, de transformations industrielles. • L’ingénieur(e) chimiste adapte les réacteurs et les appareils aux réalités de la production en milieu industriel. C’est moins un chimiste et beaucoup plus un ingénieur de construction. • Dans le développement d’un procédé industriel, il effectue la suite logique des travaux entrepris par le (la) chimiste.