Chimie Industrielle Répartition des enseignements Cours 12 h TD 12 h Contenu du module Cours TD TP Bilans de matière 6 6 4,5 Distillation 6 6 Intervenants. Régis Moilleron (moilleron@u-pec.fr, P4 bureau 407, 01 45 17 16 22) Julien Le Roux (julien.le-roux@u-pec.fr, P4 bureau 409, 01 45 17 13 29) L3

Définition du génie des procédés Le GÉNIE DES PROCÉDÉS est la mise au point des procédés destinés à produire une substance chimique (ou biologique) donnée de façon économique et avec un impact minimal pour l’environnement. Le concept d’OPÉRATIONS UNITAIRES suppose que tous les procédés de fabrication peuvent être décomposés en une suite d’opérations élémentaires comme : le séchage la cristallisation la filtration la vaporisation la distillation l’électrolyse la rectification l’extraction par solvant Les opérations unitaires sont donc des OPÉRATIONS ÉLÉMENTAIRES INDIVIDUELLES mises en œuvre dans l’industrialisation d’un procédé. L3

Les grandes étapes d’une fabrication Les GRANDES ÉTAPES d’une fabrication sont généralement les suivantes : préparation, conditionnement et acheminement des matières premières (les réactifs) transformation chimique des réactifs en produits séparation, purification et conditionnement des produits D’où une première classification des opérations unitaires. L3

Les opérations unitaires Les OPÉRATIONS UNITAIRES associées aux étapes de fabrication sont : préparation, conditionnement et acheminement des matières premières (les réactifs) broyage, classements de solides transport des solides déplacement des solides transport des gaz transformation chimique des réactifs en produits agitation (homogénéisation des mélanges) réaction(s) chimique(s) (dans un réacteur) transferts de chaleur séparation, purification et conditionnement des produits concentration, cristallisation décantation, filtration, centrifugation (mélange solide-liquide) rectification ou distillation extraction par solvant séchage L3

Opérations continues et discontinues OPÉRATIONS DISCONTINUES Elles s’effectuent en système fermé (Batch Process). On opère sur un lot de réactif que l’on traite en faisant se succéder chronologiquement les différentes étapes prévues. Avantages : appareillages polyvalents, charges faibles pas de problèmes de circulation de certaines matières rendements élevés Inconvénients : coûts énergétiques élevés temps morts besoins élevés en personnel qualité de production fluctuante coût de production élevé Domaines d’application : laboratoire(s) petite(s) fabrication(s) élaboration ou séparation de produits à fortes valeurs ajoutées L3

Opérations continues et discontinues Elles s’effectuent en système ouvert ou « à courants » (Flow Process). Les réactifs sont introduits en continu dans l’appareillage avec des débits déterminés. Les produits sont récupérés en continu, de telle sorte que l’appareil contienne toujours la même masse réactionnelle. Si les valeurs des différents paramètres (T, P, Xi…) en un point quelconque de l’appareil sont constantes, on dit que le régime stationnaire est atteint. Avantages : qualité de production constante coût de production inférieure à celui d’une opération besoins réduits en personnel plus grandes et meilleures conditions sanitaires Inconvénients : investissements élevés (notamment pour les contrôles et régulations) spécificité de l’appareillage nécessite une régularité dans la qualité des matières premières L3

Opérations continues et discontinues Elles s’effectuent en système ouvert ou « à courants » (Flow Process). Les réactifs sont introduits en continu dans l’appareillage avec des débits déterminés. Les produits sont récupérés en continu, de telle sorte que l’appareil contienne toujours la même masse réactionnelle. Si les valeurs des différents paramètres (T, P, Xi…) en un point quelconque de l’appareil sont constantes, on dit que le régime stationnaire est atteint. Avantages : qualité de production constante coût de production inférieure à celui d’une opération besoins réduits en personnel plus grande et meilleures conditions sanitaires Inconvénients : investissements élevés (notamment pour les contrôles et régulations) spécificité de l’appareillage nécessite une régularité dans la qualité des matières premières L3

Transformation de la matière OBJECTIF La fabrication de produits ou de matériaux, avec des caractéristiques spécifiées, à partir de matières premières. : manipulation de solides, liquides, gaz (qui subissent des transformations physiques ou chimiques) les réactions sont mises en œuvre dans un ou plusieurs RÉACTEURS Matières Premières Produits Finis REACTEUR Traitements physiques L3

Classification des réacteurs chimiques REACTEURS REACTEURS CONTINUS DISCONTINUS HOMOGENES HETEROGENES L3

Classification des réacteurs chimiques REACTEURS HOMOGENES HETEROGENES REELS IDEAUX BIOLOGIQUES AUTRES CATALYTIQUES Pétrochimiques Autres Métallurgiques L3

Classification des réacteurs chimiques REACTEURS HOMOGENES HETEROGENES REELS IDEAUX BIOLOGIQUES AUTRES CATALYTIQUES Pétrochimiques Autres Métallurgiques L3

Classification des réacteurs chimiques Réacteurs homogènes Deux catégories de réacteurs homogènes : idéaux : utilisés pour réaliser des calculs pour dimensionner et prévoir le comportement des réacteurs réels réels : utilisés dans l’industrie L3

Classification des réacteurs chimiques Réacteurs hétérogènes Plusieurs catégories de réacteurs hétérogènes : biologiques : conçus en fonction du type de processus qui doit se dérouler. Il y a mise en contact de 2 phases (biotique et abiotique) catalytiques : mettent en jeu un catalyseur solide sous forme de grains en grand nombre et constituant un ensemble (lit fixe, lit mobile, lit fluidisé, lit entraîné, suspension…) réacteurs métallurgiques : la métallurgie extractive est l’art d’extraire les métaux et de les purifier : elle consiste à réduire les minerais pour obtenir du métal sidérurgie : production de fer, fonte et acier métallurgie : production de Cu, ni, Cr, Zn, Pb et métaux précieux (Au, Ag, Pt) réacteurs pétrochimiques : utilisés dans les raffineries pour différentes applications (vapocraquage, dimérisation, craquage catalytique, etc.) L3

Bilan de matière Conservation de la matière Dans un processus quelconque la masse se conserve, c’est à dire qu’elle ne peut ni être créée ou détruite ! La masse d’un système clos est constante, quelles que soient les réactions chimiques produites par le système. Dans tous les systèmes, il y a conservation de la masse mais pas systématiquement de la quantité de matière (nombre de moles) ou de volume. Dans le cas des gaz (par application de la loi des gaz parfaits), le bilan molaire est égal au bilan volumique puisque la composition molaire est égale à la composition volumique. L3

Bilan de matière 1. Processus simples sans réaction chimique masse(s) entrée(s) {E} = masse(s) sortie(s) {S} + accumulation(s) {A} + perte(s) {P} A E S P 2. Processus complexes avec réaction chimique A G E S C : masse consommée G : masse générée C P L3

Les différents types de bilan matière 1. Massiques en masses : procédés discontinus <=> unités massiques => g et ses multiples en débits massiques : procédés continus <=> des flux => g.s-1, kg.h-1, etc. 2. Molaires en moles : procédés discontinus => mole et ses multiples en débits molaires : procédés continus <=> des flux => mol.s-1, mol.h-1, etc. 3. Volumiques en volumes : procédés discontinus => l (ou m3) et ses multiples en débits molaires : procédés continus <=> des flux => l.s-1, m3.h-1, m3.s-1.... 4. Rappels 10-9 10-6 10-3 1 103 106 masse ng µg mg g kg Mg (t) mole nmol µmol mmol mol kmol - volume nl µl ml l m3 L3

Conversions Définitions concentration molaire volumique : nb de moles de soluté par unité de volume TITRE MASSIQUE (%) : masse de soluté exprimée en g pour 100 g de solution. Il s’agit d’un pourcentage FRACTION MASSIQUE (Xi) : masse de soluté sur la masse de solution (< 1) Rapport massique : masse de soluté sur la masse de solution sans soluté L3

Conversions Définitions TITRE MOLAIRE (%) : nb de moles de soluté contenues dans 100 moles de solution. FRACTION MOLAIRE (xi) : nb de moles de soluté sur le nb total de moles de la solution (< 1) Rapport molaire : nb de moles de soluté sur le nb total de moles de la solution sans soluté L3

Conversions Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Rappels : Généralisation : L3

Conversions Comment passer de la Fraction molaire (xi) à la Fraction massique (Xi) ? Rappels : Généralisation : L3

Conversions Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Soit un mélange ternaire (Xylène, Benzène, Toluène) dont les fractions massiques sont respectivement 0,5 ; 0,2 ; 0,3. Quelles sont les fractions molaires correspondantes ? Généralisation : démontrer la formule pour un mélange binaire Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Soit un mélange méthanol / isopropanol dont les fractions molaires sont respectivement 0,384 ; 0,616. Quelles sont les fractions massiques correspondantes ? Généralisation : démontrer la formule pour un mélange binaire L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Soit un mélange ternaire (Xylène, Benzène, Toluène) dont les fractions massiques sont respectivement 0,5 ; 0,2 ; 0,3. Quelles sont les fractions molaires correspondantes ? Composé M (g/mol) Xi XI/Mi xi Benzène 78 0,2 2,564 x 10-3 0,243 Toluène 92 0,3 3,261 x 10-3 0,309 Xylène 106 0,5 4,717 x 10-3 0,447 1,000 10,524 x 10-3 0,999 # 1 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Soit un mélange ternaire (Xylène, Benzène, Toluène) dont les fractions massiques sont respectivement 0,5 ; 0,2 ; 0,3. Quelles sont les fractions molaires correspondantes ? Composé M (g/mol) Xi XI/Mi xi Benzène 78 0,2 2,564 x 10-3 0,243 Toluène 92 0,3 3,261 x 10-3 0,309 Xylène 106 0,5 4,717 x 10-3 0,447 1,000 10,524 x 10-3 0,999 # 1 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Soit un mélange ternaire (Xylène, Benzène, Toluène) dont les fractions massiques sont respectivement 0,5 ; 0,2 ; 0,3. Quelles sont les fractions molaires correspondantes ? Composé M (g/mol) Xi Xi/Mi xi Benzène 78 0,2 2,564 x 10-3 0,243 Toluène 92 0,3 3,261 x 10-3 0,309 Xylène 106 0,5 4,717 x 10-3 0,447 1,000 10,524 x 10-3 0,999 # 1 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Soit un mélange ternaire (Xylène, Benzène, Toluène) dont les fractions massiques sont respectivement 0,5 ; 0,2 ; 0,3. Quelles sont les fractions molaires correspondantes ? Composé M (g/mol) Xi XI/Mi xi Benzène 78 0,2 2,564 x 10-3 0,243 Toluène 92 0,3 3,261 x 10-3 0,309 Xylène 106 0,5 4,717 x 10-3 0,447 1,000 10,524 x 10-3 0,999 # 1 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Exemple(s) : Soit un mélange méthanol / isopropanol dont les fractions molaires sont respectivement 0,384 ; 0,616. Quelles sont les fractions massiques correspondantes ? Composé M (g/mol) xi xi.Mi Xi Méthanol 32 0,384 12,29 0,250 Isopropanol 47 0,616 36,96 0,750 1,000 49,25 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Exemple(s) : Soit un mélange méthanol / isopropanol dont les fractions molaires sont respectivement 0,384 ; 0,616. Quelles sont les fractions massiques correspondantes ? Composé M (g/mol) xi xi.Mi Xi Méthanol 32 0,384 12,29 0,250 Isopropanol 60 0,616 36,96 0,750 1,000 49,25 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Exemple(s) : Soit un mélange méthanol / isopropanol dont les fractions molaires sont respectivement 0,384 ; 0,616. Quelles sont les fractions massiques correspondantes ? Composé M (g/mol) xi xi.Mi Xi Méthanol 32 0,384 12,29 0,250 Isopropanol 60 0,616 36,96 0,750 1,000 49,25 L3

Conversions - corrigé Comment passer de la Fraction massique (Xi) à la Fraction molaire (xi) ? Exemple(s) : Exemple(s) : Soit un mélange méthanol / isopropanol dont les fractions molaires sont respectivement 0,384 ; 0,616. Quelles sont les fractions massiques correspondantes ? Composé M (g/mol) xi xi.Mi Xi Méthanol 0,384 12,29 0,250 Isopropanol 0,616 36,96 0,750 1,000 49,25 L3

Conversions Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Il faut connaître et être familier avec : la concentration molaire volumique (Ci) la masse molaire du soluté (Mi) la densité de la solution (di) ou sa masse volumique (ri) Comment passer d’une fraction massique à une concentration? Il faut connaître et être familier avec : la fraction massique (Xi) la masse molaire du soluté (Mi) la densité de la solution (di) ou sa masse volumique (ri) Rappels : L3

Conversions Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Comment passer d’une fraction massique à une concentration? Exemple(s) : Quelle est la concentration molaire volumique d’une solution d’acide sulfurique à 98 % (m/m) ? Données : T (H2SO4) = 98 % d = 1,840 M(H2SO4) = 98 g/mol L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Conversions - corrigé Comment passer d’une concentration à une fraction massique ? Exemple(s) : Quelle est la fraction massique d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 3,885 M ? Données : [NaOH] = 3,885 M d = 1,230 M(NaOH) = 40 g/mol Base de calcul : V = 1 L Poids d’un litre : m = V x r => AN : mT = 1 (L) x 1230 (g/L) = 1230 g Nombre de moles de NaOH : n(NaOH) = [NaOH] x V => AN : 3,885 x 1 = 3,885 moles Masse de NaOH : m(NaOH) = n(NaOH) x M(NaOH) => AN : V= 3,885 x 40 = 155,4 g Fraction massique de NaOH : X(NaOH) = m(NaOH) / mT => AN : X(NaOH) = 155,4 / 1230 = 0,126 L3

Comment établir un bilan ? Pour établir un bilan, la marche à suivre se décompose en 8 étapes : Faire un schéma simplifié du procédé en faisant apparaître les différents flux de matière Écrire les équations de réaction, équilibrer celles-ci et faire figurer les masses molaires sous chaque entité chimique ainsi que le taux de conversion correspondant Choisir une base de calcul. Elle est induite par une donnée chiffrée de l'énoncé : production horaire, quantité de réactif principal utilisé, quantité de produit principal obtenu. Tous les calculs se rapporteront ensuite à cette base. Faire l'inventaire de toutes les données (masses, débits, compositions, températures, pressions, etc.) et les faire figurer sur le schéma. Détecter les grandeurs à calculer et les inconnues. Construire un tableau récapitulatif qui permet de répertorier les grandeurs connues et les grandeurs calculées. Indiquer dans ce tableau toutes les données de l'énoncé. Faire les calculs nécessaires et compléter le tableau. L3

Comment établir un bilan ? Fabrication en continu du nitrobenzène (C6H5NO2) : Procédé Biazzi (très) simplifié Principe : C6H6 + HNO3  C6H5NO2 + H2O DHr = - 100 kJ/mol à 25°C La production de nitrobenzène est fixée à 10 mol/s Réaction exothermique dans un réacteur R2 parfaitement agité à 60°C sous pression ordinaire : C6H6 en excès en contact avec un mélange sulfonitrique [H2SO4 (95 %) + HNO3 (63 %)] => consommation totale de HNO3 H2SO4 reconcentré puis recyclé dans le réacteur C6H6 en excès récupéré puis recyclé On obtient à la sortie du réacteur R2 une émulsion formée : d’une phase aqueuse à 68 % en H2SO4, le reste étant de l’eau d’une phase organique contenant le benzène en excès et le nitrobenzène fabriqué avec XC6H6 = 0.25 L3

Comment établir un bilan ? Faire un schéma simplifié du procédé en faisant apparaître les différents flux de matière HNO3 + H2SO4 R2 F organique C6H6 C6H5NO2 C6H6 F aqueuse H2O + H2SO4 L3

Comment établir un bilan ? Écrire les équations de réaction, équilibrer celles-ci et faire figurer les masses molaires sous chaque entité chimique ainsi que le taux de conversion correspondant . Taux de conversion (TC) : C6H6 + HNO3  C6H5NO2 + H2O M (g/mol) 78 63 123 18 to a b 0 0 tf (a-x) 0 x x L3

Comment établir un bilan ? Choisir une base de calcul. Elle est induite par une donnée chiffrée de l'énoncé : production horaire, quantité de réactif principal utilisé, quantité de produit principal obtenu. Tous les calculs se rapporteront ensuite à cette base. HNO3 + H2SO4 R2 F organique C6H6 C6H5NO2 C6H6 Base de calcul : Production de 10 mol/s de nitrobenzène F aqueuse H2O + H2SO4 L3

Comment établir un bilan ? Faire l'inventaire de toutes les données (masses, débits, compositions, températures, pressions, etc.) et les faire figurer sur le schéma. HNO3 (63%) + H2SO4 (95%) E2 R2 E1 F organique C6H6 (25 %) C6H5NO2 (75%) (10 mole/s) C6H6 100% S2 S1 F aqueuse H2SO4 (68%) L3

Comment établir un bilan ? Détecter les grandeurs à calculer et les inconnues b c HNO3 (63%) + H2SO4 (95%) E2 R2 e a E1 F organique C6H6 (25 %) C6H5NO2 (75%) (10 mole/s) C6H6 100% S2 f S1 F aqueuse d H2SO4 (68%) C6H5NO2 10 mol/s  1230 g/s L3

Comment établir un bilan ? Construire un tableau récapitulatif qui permet de répertorier les grandeurs connues et les grandeurs calculées. L3

Comment établir un bilan ? Indiquer dans ce tableau toutes les données de l'énoncé. L3

Comment établir un bilan ? Construire un tableau récapitulatif qui permet de répertorier les grandeurs connues et les grandeurs calculées. L3

Comment établir un bilan ? Faire les calculs nécessaires et compléter le tableau. S2 : contient 75 % de nitrobenzène (f) et 25 % de benzène (e) f ? n(f) = 10 moles/s => m(f) = n(f) x M(f) AN : m(f) = 10 (mole/s) x 123 (g/mole) = 1230 g/s e ? X(f) = 0.75 et X(e) = 0.25 X(f) = m(f) / [m(f) + m(e)] X(e) = m(e) / [m(f) + m(e)] => X(e) / X(f) = m(e) / m(f) => m(e) = m(f) x [X(e) / X(f)] AN : m(e) = 1230 (g/s) x [0.25 / 0.75] = 1230 x (1/3) = 410 g/s n (e) = 410 / 78 = 5.26 moles/s L3

Comment établir un bilan ? Compléter au fur et à mesure. L3

Comment établir un bilan ? Faire les calculs nécessaires et compléter le tableau. E1 : C6H6 à 100 % (a) a ? Il s’agit d’un réactif en excès C6H6 + HNO3  C6H5NO2 + H2O Coef Stoech. 1 1 1 1 t0 n0 t nt 10 => nt = ne(C6H6) = n0 - 10 AN : nt = ne(C6H6) = 5.26 moles n0 = nt + 10 = 15.26 moles/s m(C6H6) = 410 (g/s) + 780 (g/s) = 1190 g/s L3

Comment établir un bilan ? Compléter au fur et à mesure. L3

Comment établir un bilan ? Faire les calculs nécessaires et compléter le tableau. E2 : HNO3 à 63 % (b) et H2SO4 à 95 % (c) b ? Le réactif limitant est HNO3 car il est entièrement consommé C6H6 + HNO3  C6H5NO2 + H2O Coef Stoech. 1 1 1 1 Réaction ? ? 10 ? => nb(HNO3) = n(C6H5NO2) AN : nb(HNO3) = n(C6H5NO2) = 10 moles/s mb(HNO3) = 10 (mole/s) x 63 (g/mole) = 630 g/s Il est alors possible de calculer mb(H2O) sachant que Xb(H2O) = 0.37 AN : mb(H2O) = mb(HNO3) x [Xb(H2O) / Xb(HNO3) ] mb(H2O) = 630 x [0.37 / 0.63] = 370 g/s nb(H2O) = 370 / 18 = 20.56 mole/s L3

Comment établir un bilan ? Compléter au fur et à mesure. L3

Comment établir un bilan ? Faire les calculs nécessaires et compléter le tableau. c ? d ? H2SO4 à 95 % (c) et H2SO4 à 68 % (d) H2SO4 est une espèce spectatrice ; elle n’est ni consommée, ni produite => il y a conservation de la matière : mc x Xc(H2SO4) = md x Xd(H2SO4)  (0.95 x c) = (0.68 x d) bilan de matière GLOBAL au niveau du réacteur : a + b + c = d + e + f L3

Comment établir un bilan ? Faire les calculs nécessaires et compléter le tableau. AN : bilan de matière GLOBAL au niveau du réacteur : a + b + c = d + e + f 1190 + b + c = 410 + 1230 1190 + [630 + 370] + [(0.95 x c) + (0.05 x c)] = [(0.68 x d) + [(0.32 x d)] + 1640 H2SO4 conservation de la matière DONC (0.95 x c) = (0.68 x d) 2190 + (0.05 x c) = (0.32 x d) + 1640 (0.05 x c) = (0.32 x d) – 550 Système à 2 équations et 2 inconnues Soit : c = 1385.2 g/s et d = 1935.2 g/s L3

Comment établir un bilan ? Compléter au fur et à mesure. L3