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

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 ?

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.

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.

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.

Les bilans de matière des matières premières, 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,..

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

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. Cristallisoir Solution initiale Solution épuisée Fluide réfrigérant cristaux

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 . Cristallisoir Solution initiale Solution épuisée T'S, Q'S Fluide réfrigérant TR, QR Cristaux T'S, Q"S TS, QS T'R, Q'R

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.

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.