Procédés chimiques 210-124-AH Génie chimique :  « se livre à l'étude, à la construction, à la détermination de l'agencement, aux conditions opératoires et au fonctionnement de l'appareillage, souvent très spécial et très complexe, nécessaire à la gestion des réactions chimiques industrielles tout au long de leur déroulement»

Exemple d’un procédé : Production du PVC

Exemple d’un procédé : Production du PVC

Opérations unitaires basées sur : la mécanique des fluides : le transfert thermique :

Opérations unitaires basées sur : le transfert de matière : des principes mécaniques :

Types de processus : continus : séquentiels : semi-continus : discontinus :

Transformation de la matière – thermodynamique chimique Potentiel chimique :

Transformation de la matière – thermodynamique chimique

Transformation de la matière – cinétique chimique

Transformation de la matière – cinétique chimique

Transformation de la matière – cinétique chimique

Transformation de la matière – catalyse chimique

Transformation de la matière – catalyse chimique Catalyse homogène : Partage la même phase que le système (plus difficle de séparer à la fin) Catalyse hétérogène : Phases distinctes (facile à séparer)

Caractérisation d’un procédé chimique Taux de conversion (par rapport à A1) :

Caractérisation d’un procédé chimique Sélectivité (par rapport à A1) : Sert à évaluer les pertes

Caractérisation d’un procédé chimique Rendement (par rapport à A1) :

Types de réaction Combinaison directe (addition) : Décomposition : Substitution : Double décomposition :

Types de réaction Polymérisation : Oxydoréduction : autre procédé pour produire H2 :

Types de réaction Aldolisation : Aromatisation : Carbonylation : Décarbonatation : retrait du CO2 d’un milieu liquide ou gazeux

Types de réaction Fermentation : production de substances par des microorganismes (ex. acide citrique) Estérification : Friedel-Crafts : Gazéification : transformation de graphite, charbon ou huiles minérales en gaz naturel de substitution Électrolyse : passage d’un courant électrique continu dans un milieu fluide pour produire des échanges d’électrons afin de préparer des substances (Al, Cl2 …)

Types de réaction Hydrogénation : Hydrolyse : Nitration :

Types de réaction Vapocraquage : restructuration moléculaire Vaporéformage : formation de nouveaux gaz Solvatation :

Opérations unitaires : Sédimentation et décantation a : liquide clair b: zone en cours de décantation c: zone intermédiaire d: sédiments Décantation : Domaines d’application :

Opérations unitaires : Sédimentation et décantation Matière décantable : particules grenues qui sédimentent plus ou moins rapidement + particules en suspension qui peuvent s’agglomérer naturellement ou artificiellement et former des flocons de plus en plus gros qui finiront par sédimenter. Décantation statique :

Opérations unitaires : Sédimentation et décantation Décantation lamellaire : Décanteur lamellaire - 1 - Arrivée d'eau à décanter; 2 - Injection des réactifs; 3 - Zone de mélange rapide; 4 - Zone de coagulation/floculation; 5 - Admission en décantation; 6 - Modules lamellaires; 7 - Tubes de reprise d'eau décantée; 8 - Sortie d'eau décantée; 9 - Système de reprise des boues; 10- Évacuation des boues.

Opérations unitaires : Mélangeage, homogénéisation et agitation Applications :

Opérations unitaires : Mélangeage, homogénéisation et agitation

Opérations unitaires : Mélangeage, homogénéisation et agitation

Opérations unitaires : Fragmentation des solides Applications : fragmenter les solides avant de les faire entrer en réaction pour faciliter leur manutention; augmenter leur réactivité ou les faire passer en solution; pour leur donner une forme particulière. Concassage :

Opérations unitaires : Fragmentation des solides Applications : fragmenter les solides avant de les faire entrer en réaction pour faciliter leur manutention; augmenter leur réactivité ou les faire passer en solution; pour leur donner une forme particulière. Broyage :

Opérations unitaires : Fragmentation des solides Autres méthodes : pulvérisation : micronisation : désintégration : Modes d’action :

Opérations unitaires : Agglomération des solides Applications : réduction du volume et des frais d’entreposage; suppression de la poussière; adaptation aux conditions de transport et de manutention; faciliter le dosage; obtention d’une forme particulière.

Opérations unitaires : Agglomération des solides Agglomération sans compression : boulettage, granulation, nodulisation... Tambour granulateur (a) et granulateur à plateau (b).

Opérations unitaires : Agglomération des solides Boulettage ou granulation par voie humide : Nodulisation : Agglomération avec traitement thermique : Granulateur à lit fluidisé : a) produit humide ; b) gaz de séchage; c) produit aggloméré; d) recyclage des fines; e) gaz d’échappement. Tambour écailleur : a) produit liquide ; b) produit aggloméré.

Opérations unitaires : Agglomération des solides Agglomération avec compression : briquetage et pastillage Machine à compression rotative : a) trémie d’alimentation; b) rouleau compresseur supérieur; c) poinçon supérieur; d) couronne rotative; e) poinçon inférieur; f) mécanisme de récupération de la pastille; g) rouleau compresseur inférieur; h) ajustement de la profondeur de pénétration. Presse à rouleaux à alvéoles pour briquettage : a) trémie d’alimentation; b) ressort de compression; c) alvéoles.

Opérations unitaires : Agglomération des solides Agglomération avec compression : extrusion et pelletisation Extrudeuse pour matière plastique : a) trémie; b) vis; c) fourreau; d) tête d’extrudeuse; e) filière. Schéma d’installation de pelletisation : a) alimentation en fines recyclées; b) brûleurs; c) élément de grill; d) broyeur; e) tamis.

Opérations unitaires : Filtration Buts : récupérer ou purifier un solide purifier un liquide retirer un liquide ou solide d’une phase gazeuse Classification :

Opérations unitaires : Filtration Notion de perte de charge : Théorie de la filtration :

Opérations unitaires : Filtration Appareillage : filtres à tambour

Opérations unitaires : Filtration Appareillage : filtres à plateaux et cadres

Opérations unitaires : Filtration Appareillage : filtres à bande et filtres à disque

Opérations unitaires : Décantation et filtration centrifuge Décantation centrifuge : Séparation basée sur la différence de densité entre 2 phases Filtration centrifuge : Séparation par filtration sous l’effet de la force centrifuge (essorage) essoreuse continue à panier conique décanteur à assiette

Opérations unitaires : Lavage et dépoussiérage des gaz Poussière : Brouillard liquide : Gaz nocifs :

Opérations unitaires : Lavage et dépoussiérage des gaz Laveurs de gaz :

Opérations unitaires : Séparation par membrane Microfiltration : Ultrafiltration : Osmose inverse :

Opérations unitaires : Séparation par membrane Dialyse : Électrodialyse : Perméation gazeuse et pervaporation :

Opérations unitaires : Évaporation But : récupérer ou éliminer un solvant (vaporisation) concentrer un liquide en solution (évaporation) obtenir un concentrat (juste avant l’apparition des cristaux) F : alimentation S : vapeur de chauffage V : vapeur d'évaporation B : solution concentrée C : décharge de la vapeur condensée A : évacuation des gaz

Opérations unitaires : Cristallisation Sert à purifier ou à séparer. Changement d’état dans un milieu liquide (substance fondue ou en solution) ou gazeux qui conduit à la formation d’une phase liquide cristalline, caractérisée par une structure géométrique régulière. Types : en phase gazeuse en bain fondu en solution

Opérations unitaires : Séchage des solides Sert à éliminer par évaporation un les liquides contenus dans un solide. H2O libre : H2O liée : Séchage direct ou par convection : Séchage par rayonnement :

Opérations unitaires : Absorption Transfert de matière entre une phase gazeuse et une phase liquide (inverse : désorption).

Opérations unitaires : Sublimation Passage direct d’une substance de l’état solide à l’état de vapeur (inverse : désublimation).

Opérations unitaires : Adsorption Accumulation à la surface d’un solide soumis à une atmosphère gazeuse (ou solution) d’ions ou molécules ou particules colloïdales.

Opérations unitaires : Fluidisation Passage d’un fluide à travers une masse solide ou dépôts.

Opérations unitaires : Distillation et rectification Rectification : distillation répétée (fractionnée).

Opérations unitaires : Extraction liquide-liquide Passage d’un soluté d’une phase à une autre non miscible de masse volumique différente par différence de solubilité.