TP DE GENIE CHIMIQUE 2 (Absorption - Distillation) L3 GP [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN MOHAMED BOUDIAF (USTOMB)

Faculté de Chimie

Département de Génie des Matériaux

Travaux Pratiques de Génie chimique Destinés aux étudiants en 3ème année licence Option Génie des Procédés

TP N°1 : Absorption /Désorption TP N°2 : Distillation en continue

Préparé par : Mme Nadia Berkok et Mme Houaria Bentata Responsable du module : Mme BERKOK.N

Année Universitaire : 2019- 2020

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TP Génie Chimique ème

3

année ST – GP

TP N°1 -Absorption /Désorptionl-Absorption I.1Rappel : L'absorption est une opération unitaire présente dans un grand nombre de procédés, notamment très utilisée pour la purification des gaz. Dans ce cas, l'objectif de l'opération est d'effectuer le transfert d'un composé, généralement faiblement concentré, d'une phase gazeuse vers la phase liquide. Le composé absorbé peut se dissoudre physiquement dans le liquide et éventuellement y réagir chimiquement. L’absorption est donc un phénomène de dissolution d’un produit à l’état gazeux dans un liquide dans le solvant. I.2 Cas étudié L'étude proposée ici concerne l'absorption du NH3 (Ammoniac) contenu dans un flux d'air par un solvant sélectif qui est l'eau. I.3 Dispositif expérimental Cette opération est réalisée dans un contacteur gaz-liquide de type "colonne à garnissage" où le gaz et le liquide circulent à contre courant. La colonne de diamètre 80 mm est constituée de garnissages de 1 m. Le garnissage est de type vrac, composé d’anneaux Raschig 6mm, en verre, évitant ainsi tout problème de corrosion par rapport au solvant. Démarrage : La colonne se démarre préférentiellement en mettant seulement le débit liquide. Celuici doit être tout d’abord être important, pendant quelques minutes, afin de bien mouiller le garnissage, pour ensuite être ramené à la valeur du débit liquide choisi pour l’étude. Ensuite le débit gaz est amené à sa valeur, progressivement. Arrêt : La colonne doit être rincée après son utilisation avec de l’eau. Mettre seulement un débit d’eau, durant environ 15 minutes. La colonne peut être schématisée ainsi où le débit de gaz (G1) et le débit de liquide (Ln) circulent à contre-courant :

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Sortie gaz Gn, yn

Entrée liquide Ln, xn

Entrée gaz G1, y1

Sortie liquide L1, x1

Nous étudions l’absorption du NH3 d’un mélange NH3 -air par l’eau. C’est une absorption avec réaction chimique. En effet le NH3 réagit avec les ions OH- : NH3 +H2O

1

NH4OH +Q

2 Q : la quantité de chaleur cédée par la réaction donc la réaction est exothermique

ll –Désorption Phénomène dans lequel les liaisons entre ions, molécules et substrats disparaissent. les ions et molécules se détachent donc du substrat. La désorption est un phénomène contraire à l'absorption. But de la manipulation Réaliser en continu la désorption de l’ammoniac contenu dans une solution concentrée d’ammoniac en faisant circuler à contre -courant dans une colonne à garnissage la solution ammoniacale et une phase gaz constituée d’air. La colonne est alimentée : - en tête par la solution concentrée d’ammoniac introduite par une pompe doseuse. - en bas par de l’air. On obtient ainsi : - en tête de colonne une phase gazeuse formée d’air et d’ammoniac, - en bas une solution aqueuse d’ammoniac appauvrie en ammoniac. NH4OH NH3 +H2O

Cette réaction de désorption est endothermique .il faut fournir une quantité de chaleur pour casser les liaisons de NH4OH (chauffer la solution ammoniacale)

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Schéma du pilote d’absorption/désorption en format PID

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE M-BOUDIAF -ORAN Faculté de Chimie La légende : 1-Ballon de stockage de l’alimentation de la colonne d’absorption. 2-Pompe d’alimentation de la colonne. 3-Canalisation d’alimentation 4-Préchauffeur du liquide d’alimentation +résistante elctrique 5-Colonne en verre. 6-Entretoise d’alimentation des gaz 7-Echaugeur de chaleur de tete de colonne(serpentin de refroisissement). 8-Echangeur de chaleur en pied de colonne(refroidissement de alsolution sortante de la colonne) 9-Ballon de stockage de la solution sortante de la colonne. 10-Canalisation d’alimentation des gaz réactifs (NH3) et inerte (air) 11-Mélangeur à venturi

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Questions 1. Donner une définition de chaque instrumentation et équipement. Colonne et type de garnissage- - capteur de pression différentielle – Compresseur – capteur de niveau. 2. Quel est la différence entre la pompe centrifugeuse et la pompe volumétrique ? 3. Donner deux (2) exemples du domaine d’application du pilote étudié dans l’industrie.

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TP Génie Chimique ème

3

année GP

TP N°2 -Distillation en continueI – Rappel théorique Il s'agit de séparer deux corps grâce à leur différence de température d'ébullition en opérant en continu. Le mélange binaire est séparé en continu par distillation dans une colonne godet fonctionnant sous la pression atmosphérique ou sous pression réduite. II- La description d’un montage de distillation en continue Le mélange à séparer est contenu dans le bac d’alimentation et est introduit à l’aide de la pompe au sein de la colonne. Le bouilleur, est chauffé par une résistance chauffante. Le corps dont la température d'ébullition est la plus faible (le plus volatil) est récupéré en tête de colonne, et le corps le moins volatil sort en pied de colonne par le trop-plein du bouilleur (résidu) dans le bac de stockage. La vapeur est liquéfiée en tête de colonne à l'aide d'un condenseur total. Le condensat est récupéré sous forme liquide dans un bac de stockage. Afin d'enrichir la vapeur avec le corps le plus léger, on doit renvoyer en partie le condensat dans la colonne à l'aide de l’électrovanne située sous le serpentin : c'est le reflux. Ainsi, en montant dans la colonne de plateau en plateau, la vapeur s'enrichit au contact du flux liquide descendant. Ceci implique un compromis pour la recette : plus le reflux est important, plus le distillat est riche en corps volatil mais plus la quantité de recette est faible. Voir le schéma simplifié du pilote de la distillation en continue

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Schéma de la colonne de distillation ou de Rectification

Condenseur

Vanne retour Reflux Vapeur Colonne de distillation

Alimentation 2

Echangeur de chaleur

Alimentation 1

Vanne

Distillat

Liquide Plateaux ou garnissage

Purge

EC : préchauffage Vanne retour

Pompe Rebouilleur Purge

Alimentation

Echangeur de chaleur

Résidu

Purge Purge

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Questions Exercice d’application : Distillation en continue On envisage de procéder à la séparation du mélange méthanol-eau au moyen de la colonne à garnissage opérant à pression atmosphérique. • •

• Y% mol X% mol

Le débit volumique d’alimentation du mélange méthanol-eau est de 2,5 l/h Les pourcentages volumiques du distillat, du résidu ainsi que celui de l’alimentation sont : - gF = 29,9% - xD = 84,4% - xW = 14% Données d’équilibre du mélange méthanol-eau 0 0, 0, 0,3 0,3 0,4 0,5 0,5 0,6 0,7 0,7 0,8 0,8 0,9 0,9 0,9 13 29 04 65 48 17 79 65 29 78 25 70 15 85 97 4 0 0, 0, 0,0 0,0 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,9 02 04 6 8 5 5

1- Déterminer les fractions molaires du distillat, du résidu et de l’alimentation 2- Déterminer le débit d’alimentation en kmol/h 3- Déterminer le débit du distillat et du résidu 4- Tracer la courbe d’équilibre y = f(x) 5- Déterminer le nombre d’étage théorique.

1

1

REMARQUES IMPORTANTES *Chaque binôme doit rendre deux comptes rendu (le premier sur l’absorption/désorption et le deuxième sur la distillation). * Les comptes rendus doivent être envoyé directement à l’enseignant chargé du TP selon la répartition suivante (voir le tableau ci-dessous) *La date limite pour envoyer les comptes rendu sera fixée pour le 30 juillet 2020 *Aucun compte rendu ne sera accepté après cette date (30/07/2020). L’équipe de formation des TP de génie chimique 3 éme année Licence -Génie des ProcédésNom de l’enseignant

Courriel

Groupes

Mme BENTATA.H

Houaria.bentata@gmail .com

323-324-334

Mme BELKAID.N

[email protected]

311-312-321-322

Mme AIDOUN

[email protected]

325-333-315

Mme SOUALMIA.F

[email protected]

331-332

Mr MAHDI

[email protected]

335-314

Mme NEMICHE

[email protected]

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