TD 1-2-3 BM Ghodbane [PDF]

Zitiervorschau

Université Badji Mokhtar-Annaba Département de Génie des procédés Travaux dirigés de Bilans macroscopiques Année universitaire 2021-2022

TD 1 : Bilans de matière Exercice 1 Soit une opération unitaire mettant en jeu un mélange binaire (A, B) et fonctionnant en régime stationnaire et sans aucune réaction chimique telle que :

Opération unitaire

1

2

F1= 10 mol/s XA1= 0.2

XA2= 0.05 XA3= 0.35

3 -

Compléter le tableau suivant :

Constituant A B Total

Flux 1 Débit Fraction molaire

Flux 2 Débit Fraction molaire

Flux 3 Débit Fraction molaire

XA1=0.20

FA1

XA2=0.05

FA2

XA3=0.05

FA3

XB1

FB1

X B2

FB2

X B3

FB3

X1

F1=10

X2

F2

X3

F3

Exercice 2 Une alimentation d'appoint de 1 tonne. h-1 de nitrate de potassium (KNO3) à 20% dans l'eau est introduite dans un évaporateur continu de façon à concentrer cette solution à 50% de KNO3. Le concentrât est ensuite introduit dans un cristallisoir où la solution est refroidie à 10 °C. La filtration permet de séparer du KNO3 solide contenant 4% d'eau et de recycler le filtrat (solution contenant 21 g de KNO3 dans 100 g d'H2O). 1. Faire un schéma de principe avec notations 2.   

Etablir le bilan massique de chaque courant et calculer le débit massique : de cristaux filtrés ; du courant de recyclage ; d'eau évaporée. (Toutes les fractions sont des fractions massiques).

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Exercice 3 On désire séparer avec une colonne de distillation l’éthanol contenu dans 1000 kg/h de mélange (eau – éthanol) à 25% poids en éthanol. On obtient un distillat à 90% d’éthanol et un résidu à 6.45% d’éthanol (compositions en poids). 1. Faire un schéma de principe en indiquant les notations usuelles données cidessous et les données de l’exercice. 2. Remplir le tableau ci-dessous en répondant aux questions suivantes :  Déterminer les débits massiques du distillat et du résidu.  En déduire les débits massiques de chacun des constituants du mélange dans chacun des flux de matière.  Déterminer les titres molaires de l’alimentation, du distillat et du résidu de chacun des constituants.  Déterminer les débits molaires de chacun des constituants du mélange dans l’alimentation. Données : Méth=46 g .mol-1; Meau=18 g .mol-1 NB: [g .mol-1]~[ kg .kmol-1] On note : F, D et W les débits molaires respectifs de l’alimentation, du distillat et du résidu. mF, mD et mW respectivement les débits massiques de l’alimentation, du distillat et du résidu. Constituant Ethanol Eau Total

Fraction massiqu e

Alimentation Débit Fractio massiqu n e molaire

Débit molaire

distillat Débit Fraction massiqu massique e

résidu Fraction Débit massiqu massiqu e e

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TD 2 : Bilans de matière pour les procédés réactifs Exercice 1 : Procédé continu et stationnaire avec réaction chimique Le méthane est brule dans un four pour produire le dioxyde de carbone et l’eau selon la réaction suivante : CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 100 mol 20 mol CH4 60 mol O2 20 mol CO2

Four ? mol CH4 ? mol O2 ? mol CO2

Le flux d’alimentation contient 20% mol CH4 , 60% mol O2 et 20% mol CO2, supposons que 90 % limitant soit converti, calculer la composition molaire de la production.

Exercice 2 : Procédé continu et stationnaire avec réaction chimique La déshydrogénation du propane est réalisée dans un réacteur catalytique pour produire le propane selon la réaction suivante : C3H8 C3H6 + H2 Le procédé est conçu pour convertir 95% du propane. A la sortie du réacteur, les produits se sont séparés en deux flux :le premier représente le flux de la production contient H2, C3H6 et 0.555%% du propane sortant du réacteur, le second représente le flux de recyclage, contient du propane qui n’a pas réagi et 5 % du propylène produit dans le procédé. Calculer : - la composition molaire de la production - le taux de recyclage - le taux de conversion RQ : pour les calculs vous pouvez considérer que l’alimentation est de 100 moles.

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TD 3 : Détermination des degrés de liberté DDL Exercice 1 (procédé de séparation par distillation continue d’un mélange binaire) Le débit d’alimentation A d’une colonne de distillation est de 300 mol/h. Ce flux est composé d'un mélange binaire de 20 mol % du constituant 1 et 80 mol % du constituant 2. Le débit du distillât « D » est de 200 mol / h.  Dessiner et étiqueter le schéma du procédé PFD.  Déterminer le DDL du procédé

Exercice 2 : (procédé de séparation par distillation continue d’un mélange ternaire) Le flux d'alimentation F d’une colonne de distillation contenant trois constituants (A, B et C). Le débit du constituant A, dans l’alimentation, est de 100 kg/s. Le débit du distillat D est de 100 kg/s et contient 60 kg/s du constituant A et 40 kg/s du constituant B. Nous avons trouvé que 40% du constituant A dans le flux d'alimentation se retrouve dans le flux du résidu R et que les flux du distillat et du résidu sont égaux. - Dessiner et étiqueter le schéma du procédé PFD. - Déterminer le DDL du procédé

Exercice 3 : (procédé avec plusieurs unités chimiques « deux colonnes de distillation C1, C2 et un mélangeur M »)  Déterminer le DDL pour chaque unité et pour le procédé global.

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