CHIMIE INDUSTRIELLE - Gramme

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La stationnarité du procédé implique que : Chimie Industrielle Introduction - le terme d'accumulation (A) sera nul pour les cas abordés par la suite, - les variables extensives comme l'enthalpie (H), les débits (Z), etc., seront exprimés par rapport à l'unité de temps (s, h, j, an, etc.). 3.7.1. Appareillage courant de l'industrie chimique - Représentation graphique Une liste des appareils les plus souvent rencontrés dans les schémas généraux ou "flow sheets" ainsi que les symboles graphiques convenus, est présentée et brièvement analysée par la suite. Les symboles graphiques ne sont pas vraiment standardisés mais ce sont à peu de choses près les représentations admises les plus courantes. De toute façon, ce seront les conventions utilisées ici et dans les autres cas, elles sont précisées sur tout flow sheet digne de ce nom. Une définition simple pour chaque appareil ainsi que de l'établissement global des bilans matières et thermiques est fournie en vue d’une utilisation simplifiée. Le bilan d'impulsion n'est pas toujours donné, en général il sera simplement, avec P comme symbole de la pression totale : ou bien Pentrée = Psortie Pentrée = Psortie + pertes de charge Précisons encore que les appareils étudiés dans le cadre de la chimie industrielle, c’est-à-dire le point de vue global, sont normalement l'objet de développements plus détaillés dans le cadre du Génie Chimique ou point de vue unitaire avec le dimensionnement optimal comme objectif. C’est pourquoi il n'apparaît donc pratiquement pas de considérations de dimensions et les variables principales sont les variables macroscopiques du procédé telles qu'elles ont été décrites dans le paragraphe sur les variables du procédé (T, P, débits). 3.7.1.1. Le réacteur Le réacteur est probablement l’appareil clé du procédé. C’est un volume déterminé où se déroule la transformation des réactifs en produits. La nature des constituants varie, ainsi que leurs quantités respectives. Il n’y a en général qu’un flux d’entrée et qu’un flux de sortie et la représentation symbolique est : - 30 -
Bilan matière pour chaque constituant : 0 = Z 0 i - Zi + Gi i = 1, N Chimie Industrielle Introduction 0 Z i Z i où Z 0 i est le débit molaire de la substance i à l'entrée du réacteur, Zi est le débit molaire de la substance i à la sortie du réacteur, Gi est la génération nette de substance i due aux R réactions chimiques, N est le nombre total de substances entrant et sortant du réacteur. Les débits Zi ainsi que Gi, sont le plus facilement exprimés en unités molaires par unité de temps, par exemple kmol s -1 , kmol h -1 , mol s -1 , etc. Bilan de chaleur : 0 = Hin - Hout + Echange(s) de chaleur éventuel(s) où Hin est l'enthalpie totale à l'entrée du réacteur, Hout est l'enthalpie totale à la sortie du réacteur. Les enthalpies et autres énergies, s'expriment en unité d'énergie par unité de temps, par exemple en kJ s -1 , kcal h -1 , kW, etc. Dans le cadre d’une détermination de tous les débits d’entrée et de sortie, il est nécessaire de faire une analyse des spécifications pour connaître le nombre de données à s’imposer ou à fixer. D’un point de vue bilan matière, pour N substances dans 2 flux et avec R réactions, 2 * N + R inconnues sont dénombrées pour N bilans de matières. Il faut donc imposer ou fixer N + R données ou contraintes pour calculer tous les débits. Les éventuelles équations exprimant l'équilibre chimique, peuvent être ajoutées comme contraintes supplémentaires ainsi que des rendements ou des conversions, etc. Il peut y avoir R équilibres ou R conversions par réaction. En général il n’y a qu’un rendement. La détermination du volume du réacteur ou du temps de séjour ou de la masse catalytique, etc., relève du Génie Chimique. - 31 -
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