CHIMIE INDUSTRIELLE - Gramme

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3.7.1.2. Les colonnes et séparateurs Chimie Industrielle Introduction La séparation simple consiste en une séparation en une seule étape, dans un ballon ou une petite colonne, de la phase vapeur et de la phase liquide. Par contre, la distillation est une technique de séparation qui accumule les séparations simples. L'absorption (désorption) et l'extraction sont également des séparations, dans des colonnes assez grandes en général, d'une (de) substance(s) au moyen d'une (d') autre(s). Les séparateurs ont de 1 à plusieurs flux d’entrée et minimum deux flux de sortie. Les représentations graphiques sont respectivement : Z1 Q Z2 Z3 Séparation simple Distillation Absorption - Désorption Bilan matière pour chaque constituant : 0 = Z1i - Z2i - Z3i i = 1, N pour séparation, distillation 0 = Z1i + Z2i - Z3i - Z4i i = 1, N pour absorption, extraction où les symboles sont définis sur la figure ci-dessus. Les débits Z sont exprimés en général en unités molaires ou massiques par unité de temps, par exemple kmol h -1 , kg h -1 , t j -1 , etc. Dans ces cas, l’utilisation des unités massiques est moins restrictive et tout aussi facile ques les unités molaires car il n’y a pas de réaction chimique.. - 32 -
Chimie Industrielle Introduction Il est très courant de faire intervenir ou d’utiliser les fractions massiques ou molaires, c'est-à-dire : Zi = zi Z où Zi est le débit molaire ou massique de la substance i, zi est la fraction molaire ou massique de la substance i, Z est le débit total molaire ou massique. Bilan de chaleur : 0 = H1 - H2 - H3 + Echange(s) de chaleur éventuel(s) séparateur 0 = H1 - H2 - H3 - Qcondenseur + Qbouilleur colonne à distiller 0 = H1 + H2 - H3 - H4 + Echange(s) de chaleur éventuel(s) absorbeur où Hi sont les enthalpies totales autour des systèmes considérés (voir figure), Q sont les quantités de chaleur fournies ou retirées au système. D’un point de vue bilan matière, pour N substances dans 3 flux (1 d’entrée et deux de sortie), 3 * N inconnues sont dénombrées pour N bilans de matières. Il faut donc imposer ou fixer 2 * N données ou contraintes pour calculer tous les débits. Les éventuelles équations exprimant l'équilibre physique par des constantes de partage, peuvent être ajoutées comme contraintes supplémentaires. Ces contraintes sont souvent au nombre de N. Le dimensionnement de ces appareils, à savoir le calcul des conditions opératoires et la hauteur ou le volume, est réalisé dans le cadre du Génie Chimique. 3.7.1.3. Les échangeurs Les échangeurs permettent le passage de la chaleur du fluide chaud vers le fluide froid sans toutefois modifier les flux de matières. Q Z1 Z2 - 33 - Z4 Z1 Z2 Les bilans matières sont donc immédiats car il n'y a normalement pas de mélange entre les fluides de sorte que les débits sont simplement conservés (Z1 = Z2, Z3 = Z4). Z3
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