CHIMIE INDUSTRIELLE - Gramme

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Chimie Industrielle Introduction - L'approvisionnement c’est-à-dire où s'en procurer ? Il faut acheminer les matières premières vers le site industriel, donc l'accessibilité et la facilité d'exploiter sont encore des facteurs à prendre en considération pour l'économie du procédé. Etre sur le site même d'exploitation de la matière première est souvent admis comme idéal. Ces facteurs sont importants économiquement parce qu'ils vont cautionner le prix de la matière première et par voie de conséquence l'économie du procédé. Il y a une liaison importante et quasi directe entre le prix de revient du produit et celui de la matière première. Les exemples de la vie courante sont assez nombreux, citons le prix de l'essence qui connaît actuellement et a connu et connaîtra encore diverses fortunes. L'occasion d'y revenir pour chaque type d'industrie et de production se présentera dans les études spécifiques. 2.1.1. Résumé Type d'industrie Matières premières Produits Chimie organique Pétrole HC à quelques C, etc. Chimie inorganique Air, eau, minerais Acide, base, sel Chimie des polymères Monomères Polymères Chimie des métaux Minerai, charbon Fonte, acier, métaux Chimie du verre Sable, minéraux Verre, ciment 2.2. Energie Dans pratiquement tous les cas, les échanges énergétiques sont élevés. En effet, la plupart des réactions chimiques de transformation se déroulent à des températures élevées pour des questions de cinétique, d’équilibre, etc. D'ailleurs l'industrie chimique vient très loin en tête des industries qui utilisent de l'énergie. Actuellement, c'est encore souvent le pétrole qui représente une des principales ressources d'énergie, en plus d'être une matière première destinée à fournir des produits élémentaires de base. Approximativement, sur 100 kg de pétrole, plus de 90 sont utilisés dans le secteur énergétique et un peu plus de 5 environ pour fabriquer des produits nécessaires à l'industrie chimique. Cela contribue à diminuer rapidement les réserves de pétrole, aussi essaye-t-on de trouver de nouvelles possibilités d'énergie pour réserver le pétrole à des tâches plus chimiques qu'énergétiques. En sidérurgie, c'est plutôt le charbon, souvent utilisé sous forme de coke, qui est du charbon épuré, donc plus cher mais plus propre, ce qui est d'autant plus nécessaire, qu'il intervient dans la composition du produit final telle la fonte ou l'acier. - 12 -
Chimie Industrielle Introduction Quelques ordres de grandeurs indicatifs de valeur énergétique : charbon (coal) 8.3 kWh kg -1 30000 kJ kg -1 coke (coke) 8 kWh kg -1 29000 kJ kg -1 tourbe (peat) 4.2 kWh kg -1 15000 kJ kg -1 gaz de cokerie (coke gas) 5 kWh m -3 18000 kJ Nm -3 gaz naturel (natural gas) 10 kWh m -3 36000 kJ Nm -3 bois (wood) 5.5 kWh m -3 20000 kJ kg -1 papier (paper) 4.4 kWh m -3 16000 kJ kg -1 détritus (waste) 5.5 kWh m -3 20000 kJ kg -1 Les besoins énergétiques deviennent de plus en plus un souci majeur dans un procédé industriel car l'énergie devient de plus en plus chère compte tenu de l’épuisement des ressources et du plus grand nombre de consommateurs. Il est donc capital que le procédé soit bien intégré énergétiquement. Il est de moins en moins question à l'heure actuelle de gaspiller de l'énergie, il faut nécessairement s'arranger pour récupérer les excédents énergétiques, quelque part dans l'installation. En fait, utiliser les matières énergétiques à la fois comme source d'énergie et comme matières premières, devient de plus en plus une caractéristique de l'industrie chimique. L'importance de l’aspect énergétique peut être soulignée par un exemple. Supposons que la réaction chimique qui transforme les réactifs en produits soit fortement exothermique. Ce qui est encore un cas fréquent, les réactions d'oxydations et d'hydrogénations sont généralement exothermiques. Grâce à l’exothermicité de la réaction, les produits sont portés à une température élevée. Il convient bien sûr de refroidir avant de séparer les produits mais cela doit se faire avec l’idée de la récupération de la chaleur pour fabriquer, par exemple, de la vapeur surchauffée. Celle-ci pourra alors être utilisée pour faire tourner une turbine qui entraînera un compresseur. Ce dernier fournira un travail à un fluide quelconque en augmentant sa pression, c'est-à-dire en le comprimant. Cette vapeur peut aussi être vendue à un autre utilisateur ou servir à produire de l'énergie électrique. Malheureusement, la récupération d’énergie n'est jamais totale mais elle doit s'effectuer le plus efficacement possible. Cet aspect de répartition et/ou récupération de l'énergie conduit à ce qu'on appelle la synthèse énergétique du procédé. Science qui devient de plus en plus importante de nos jours (on aura l'occasion de revenir sur la synthèse énergétique plus tard [7] ). Compte tenu des rendements et de l'impossibilité de transformer toute l'énergie calorifique en énergie mécanique ou électrique alors que l'inverse est possible, on définit actuellement la notion d'exergie ou énergie utilisable sous forme de travail. Dans un processus à pression constante, la notion d'énergie libre de GIBBS est utilisée pour calculer cette exergie. Il s’agit de : [7] Ce qui ne veut pas dire dans la soirée. - 13 -
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