Par Helen Njeri NJENGAAfrican Virtual universityUniversit Virtuelle AfricaineUniversidade Virtual AfricanaChimie industrielle

ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 1NoteCe document est publi sous une licence Creative Commons. http://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons Attribution http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ License (abrviation cc-by ), Version 2.5. ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 2I. Chimie industrielle ____________________________________________3II. Cours et savoir-faire pralables __________________________________3III. Temps____________________________________________________3IV. Matriels didactiques _________________________________________4V. Justification _________________________________________________4VI. Contenu ___________________________________________________56.1 Rsum _______________________________________________56.2 Plan __________________________________________________56.3 Reprsentation graphique _________________________________7VII. Objectifs gnraux__________________________________________7VIII. Activits dapprentissages spcifiques ___________________________8IX. Prvaluation ______________________________________________10X. Liste des concepts-cls (glossaire) ______________________________13XI. Liste des lectures obligatoires _________________________________14XII. Listes des ressources _______________________________________16XIII. Listes des liens utiles _______________________________________17XIV. Activits dapprentissages ___________________________________20XV. Synthse du module _______________________________________170XVI. valuation sommative_____________________________________171XVII. Rfrences bibliographiques ________________________________173XVIII. Fiche d'valuation de ltudiant _____________________________174XIX. Principaux auteurs du module _______________________________174XX. Structure du fichier ________________________________________175Table des maTiresur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 3i. Chimie industriellePar Dr. Helen Njeri Njenga, University of Nairobi and William Wanasoloii. Cours et savoir-faire pralablesModule 5Unit I Chimie organique de baseUnit II Les hydrocarbonsUnit III Les halognures dalkylesUnit IV Les aminesModule 6Unit I Les alcools et les thersUnit III Les acides carboxyliques et leurs drivsModule 7Unit I Le benzne et ses drivsUnit III Les composs htrocycliquesModule 9ThermodynamiquePrincipes chimiques de diffrents composantsiii. TempsCe module exigera 120 heuresUnit 1. Introduction la chimie industrielle et lindustrie chimique (15 h)Unit 2. Unit doprations et units de procds (20 h)Unit 3. Chimie inorganique industrielle I (mtallurgie extractive) (10 h)Unit 4. Chimie inorganique industrielle II (chlore et soude, ammoniac, acide sulfurique, engrais et ciment) (20 h)Unit5.ChimieorganiqueindustrielleI(ptrole,ptrochimieetpolymres) (25 h)Unit 6. Chimie organique industrielle II (fermentation, thanol, produits phar-maceutiques, surfactants et dtergents) (25 h)ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 1iV. matriels didactiquesVous aurez besoin des outils et des ressources suivantes pour effectuer le module:Micro-ordinateur, CD-ROM, bibliothque lectroniquePour avoir accs au module, aux examens et autres matriels pertinentsPour avoir accs aux autres matriels de rfrence suggrsPour des sances de discussions/chat interactivesManuels et rfrences recommandsPouraiderlapprentissageetlacomprhensiondessujetsabordsdansce moduleV. JustifcationLa chimie industrielle traite de la production commerciale des produits chimiques et produits connexes provenant de matires premires naturelles et de leurs drivs. Ceci permet lhumanit dprouver les avantages de la chimie quand on lapplique lexploitation des matriaux et de lnergie. Lapplication de la chimie la transfor-mation des matriaux et de lnergie pour fabriquer des produits utilisables, apporte la croissance et lamlioration dans des domaines tels que la production alimentaire, la sant et lhygine, lhabitation et le vestimentaire. La croissance conomique des paysindustrialissreposesurlindustriemanufacturiredeproduitsfnis.Lebut dtudier la chimie industrielle luniversit est dessayer de combler le foss entre la chimie classique et la chimie applique lindustrie. Lindustrie chimique est for-tement globalise et fabrique des milliers de produits chimiques partir dune large varit de matires premires par le biais de technologies varies pour des utilisations fnales diverses. Il est donc important de baser ltude de la chimie industrielle sur la comprhension de lorganisation de lindustrie et sur les units doprations et de procds qui constituent les processus chimiques. Sur la base des sources de matires premires naturelles et de la chimie implique, on trouve quil est plus facile dtudier la chimie industrielle inorganique et organique sparment. travers llectrolyse de la saumure, on obtient la fois du dichlore et de lhydroxyde de sodium lesquels sontdimportantsractifspourlasynthseorganiquedeproduitschimiquestels que, respectivement, ceux provenant de la ptrochimie ou les dtergents. En fxant lazote, on obtient de lammoniac partir duquel on peut fabriquer des engrais. partir du soufre, on obtient de lacide sulfurique, lequel est utilis dans la fabrication dengrais phosphats. Les minerais minraux, bien qutant la matire premire pour les produits chimiques de base, sont la source des mtaux purs qui sont aussi utiliss dans lindustrie du btiment et de la construction, dans la fabrication dquipements, de machines et de bijoux. Au sujet de lindustrie de la chimie organique, on utilise le ptrole comme source pour les produits de ptrochimie et les polymres synth-tiques. La fermentation nous permet de convertir de la matire organique naturelle enproduitschimiques,dontcertainscommelespnicillinessontdesingrdients pharmaceutiques. partir des huiles et graisses naturelles, on obtient des surfactants et des dtergents. ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 5Vi. Contenu6.1. RsumCemodulecommencepardfnirlachimieindustrielleetensuitedonneunevue delindustriechimique,sapositiondanslconomieglobaleetsaclassifcation entermedeprocessuschimiquesquilacaractrisent.Pourpermettreltudedes processus chimiques slectionns, les units doprations et les units de procds, spcialement ceux qui sont pertinents dans les activits ducatives qui suivent, sont ensuite abords dans lunit 2. Avec ces informations, il sera facile dtudier la chimie inorganique et organique appliques au niveau industriel. Ltude de la mtallurgie extractive dans lunit 3 est tire des connaissances sur la fragmentation et sur les units doprations de sparation apprises prcdemment, ainsi que des conversions chimiques qui ont lieu pendant des procds haute temprature. La mtallurgie ex-tractive du fer, du cuivre et de laluminium est incluse dans cette unit. Dans lunit 4, on porte notre attention sur des procds industriels de base de chimie inorganique qui permettent de synthtiser des produits partir de matires premires drives de lenvironnementnaturel.Cesprocdsimpliquentlafabricationdudichloreetde lhydroxyde de sodium partir de la saumure, de lammoniac partir du mthane et du diazote, de lacide sulfurique partir du soufre, des engrais et des ciments partir des minerais minraux. Ltude de la chimie organique industrielle commence ensuite avec le raffnage du ptrole suivi de la fabrication de certains produits de la ptrochimie et de polymres. Ce module se termine avec ltude de lthanol, des produits pharmaceutiques, des surfactants et des dtergents. Ce sont des produits forte valeur ajoute, dont certains sont produits par fermentation.6.2 PlanUnit 1: Introduction la chimie industrielle (15 heures)Introduction la chimie industrielleClassifcation de la chimie industrielleMatires premires pour lindustrie chimiqueUnitsdoprationsetunitsdeprocdsquicontribuentauxprocessus chimiquesSchma de procdsMatire et bilans nergtiquesur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re Unit 2: Units dopration et units de procds (20 heures)Fragmentation et grossissementSparation magntique et lectrostatiqueFlottation par moussageDistillation fractionneUnits de procdsUnit 3: Industries de la chimie inorganique Partie I: mtallurgie extractive (10 heures)Minerais minrauxPrparation des mineraisProcds haute tempratureAffnageMtallurgie extractive du fer Mtallurgie extractive de laluminiumMtallurgie extractive du cuivreUnit 4 : Industries de la chimie inorganique Partie II: dichlore et soude, ammoniac, acide sulfurique, engrais, ciment (25 heures)Hydroxyde de sodium et dichloreAmmoniacAcide sulfuriqueEngraisCimentUnit 5: Industries de la chimie organique I : ptrole, produits de ptrochimie et polym-res (25 heures)Raffnage du ptroleProduits de ptrochimiePolymresUnit 6: Industries de la chimie organique II : fermentation, thanol, produits pharma-ceutiques, surfactants et dtergents (25 heures)FermentationthanolProduits pharmaceutiquesSurfactants et dtergentsur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re Z6.3 Reprsentation graphiqueVii. Objectifs gnrauxAu terme du module, lapprenant(e) doit tre capable de:i.Classer lindustrie chimique en termes de produits, de matires premires, de gammes et de types de transformations.ii.Dcrirelesprincipesdoprationdesunitsdoprationsetdesunitsde procds slectionnes.iii.Dcrire lextraction du mtal en gnral et la mtallurgie extractive du fer, de laluminium et du cuivre en particulier.iv.Discuter laide de schmas de procd pertinent, dquations, des conditions de fonctionnements et des principes dappareillage, la fabrication du dichlore, de lhydroxyde de sodium, de lammoniac, de lacide sulfurique, des engrais et du ciment.v.Expliquer laide de schmas de procd et dquations, comment le ptrole brut est raffn, et comment certains produits de la ptrochimie et des poly-mres sont synthtiss.vi.Discuter la thorie de la fermentation et son application dans la fabrication delthanol,danslaproductiondecertainsproduitspharmaceutiques,des surfactants et des dtergents.Chimie industrielle Chimie industrielle gnrale Chimie industrielle inorganique Chimie industrielle organique Introduction la chimie industrielle et lindustrie chimique Unit doprations et unit de procds Mtallurgie extractive Dichlore et soude, ammoniac, acide sulfurique, engrais, ciment Ptrole, produits de ptrochimie et polymres Fermentation, thanol, produits pharmaceutiques, surfactants et dtergents ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 8Viii. activits dapprentissages spcifques(Objectifs denseignement)Unit 1: Introduction la chimie industrielle et lindustrie chimiqueAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Distinguer la chimie classique et la chimie industrielleb.Classerlindustriechimiqueentermesdchelle,dematirespremires, dutilisation fnale et de valeur ajoutec.Distinguer les oprations unitaires et les procds unitairesd.Dcrire les transformations chimiques au moyen de schmas de procdse.Effectuer lquation de bilan de matire pour un processus simpleUnit 2: Unit doprations et units de procdsAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Lister les diffrentes raisons pour entreprendre la fragmentation et le grossis-sementb.Dcrire les principes dopration de certains quipements de fragmentation et des quipements de grossissementc.Expliquer comment les matriaux industriels peuvent tre spars, respecti-vement, partir de leur proprit magntique, lectrostatique, hydrophobe et sur leur volatilitd.Discuter les diverses units de procds organiques incluant la polymrisation, lalkylation, lhydrolyse et leur application dans lindustrie chimiqueUnit 3: Industries de la chimie inorganique Partie I: mtallurgie extractiveAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Dcrire les diffrentes tapes caractristiques de la prparation des minerais minraux b.Ecrire lquation pour dcrire la calcination et le grillagec.Expliquer ce qui se passe pendant la fusiond.Dcrire la mtallurgie extractive du fere.Dcrire la mtallurgie extractive de laluminiumf.Dcrire la mtallurgie extractive du cuivreur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 9Unit 4 : Industries de la chimie inorganique Partie II: dichlore et soude, ammo-niac, acide sulfurique, engrais, cimentAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Dcrire laide dquations et de diagrammes, le processus dlectrolyse pour la production de lhydroxyde de sodium et du dichlore partir du mercure, de membranes et de cellules membraneb.Expliquer comment lammoniac est fabriqu partir du mthane et de lair par le procd Haberc.Dcrire le procd de contact pour la fabrication de lacide sulfuriqued.Discuter les divers types dengrais et la fabrication dengrais phosphatse.Dcrire laide de diagrammes, dquation et dunits dopration la fabri-cation de ciment PortlandUnit 5: Industries de la chimie organique I : ptrole, produits de ptrochimie et polymresAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Dcrire lorigine et lextraction du ptroleb.Expliquer les intrts et lapplication de la distillation fractionne, du craquage catalytique et du reformage catalytique lors du traitement du ptrolec.Dcrire laide dquations et de schmas de procd, la fabrication de cer-tainsproduitsdeptrochimie,notammentlanhydridephtaliqueetlacide adipiqued.Classer les ractions de polymrisation, les polymres et les produits poly-mrese.Dcrire lutilisation des divers plastiquesf.Expliquercommelepolythylneetllastomrestyrne-butadinesont fabriqusUnit 6: Industries de la chimie organique II : fermentation, thanol, produits pharmaceutiques, surfactants et dtergentsAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Discuter les facteurs qui affectent la viabilit de la fermentation et ceux qui affectent le rendement de la fermentationb.Dcrire le processus de fabrication par fermentation de lthanolc.Donner un bref historique de lindustrie pharmaceutique et du rle jou par les antibiotiquesd.Dcrireleprocessusdeproductiondedeuxproduitspharmaceutiques:la pnicilline et laspirinee.Exposer le processus de fabrication des surfactantsf.Discuter les types de surfactantsg.Expliquer comment les dtergents sont fabriqusur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 10iX. Prvaluation Titre de la prvaluation : Examen de prvaluation de la chimie industrielle9.1 JustificationLobjectif de ce test est dvaluer vos connaissances actuelles en chimie qui sont un pralable pour apprendre avec succs ce module. Pour faire cet examen, vous avez besoin de:1.une calculatrice2.un tableau priodique des lments avec leur symbole, leur nombre atomique et leur masse atomique3.une table de conversion des units scientifquesQuestions1.Convertir:a)140 oF en oCb)2 atm en kPac)50 kcal en kJd)0,3 kmoles de carbonate de sodium en kg de carbonate de sodium2.Calculer le % dazote dans chaque engrais azot suivant:a)Nitrate dammonium b)Ammoniacc)Diphosphate dammonium 3.Quels sont les agents oxydants dans les ractions redox ci-dessous?a) 4Fe + 3O2 2Fe2O3b) Cl2 + 2NaBr 2NaCl + Br2c) H2 + Cl2

2HCl4.0,103 g de NH4NO3 ncessite 12,8 ml de 0,101 M NaOH pour tre neutralis. Quel est le pourcentage de puret de cet chantillon?5.Ecrire lquation qui montre comment la chaux vive (CaO) et la chaux hydrate (Ca(OH)2 sont obtenues partir du carbonate de calcium.6.Al2O3 est un oxyde amphotre. Expliquer ce que cela signife.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 117.(a) Calculer laugmentation de chaleur en kJ par g de ZnS partir de lquation suivante:2ZnS(s) + 3O2(g)

2ZnO(s) + 2SO2(g) Horxn = -879kJ(b) Calculer la molarit de 35.4% masse/volume dune solution aqueuse dacide phosphorique (H3PO4). 8.Expliquercommentlaprsenceduncatalyseurfavoriselavancementdela raction suivante:A + B C + D9.(a) crire lexpression de la constante dquilibre pour la raction suivante:PCl5(g) PCl3(g) + Cl2 (g)(b) Quelle est la constante dquilibre pour la raction en (a) si les concentrations lquilibre dans un racteur de 12 L sont 0,21 mole de PCl5, 0,32 mole de PCl3, et 0,32 mole de Cl2?10.(a) Calculer la masse molaire du polythylne (CH2-CH2)n - pour n = 10,000.(b) Combien de litres dair (supposant 78 % N2, 22% O2 par volume) sont nces-saires pour la combustion complte de 1,0 litre doctane C8H18 dont la densit est 0,70g/ml. La densit de lair est suppose de 1,29g/l.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 129.2. Rponses clsQuestion Rponse Points1.abcd 60oC202,65kPa209 kJ31,8kg11112.abc35,0082,3540,61113.abcdO2Cl2F2Cl211114. 99,59 35. CaCO3 CaOCaO + H2OCa(OH)2116. Il possde la fois des proprits acides et basiques 17.ab4,51kJ4,21M229. Le catalyseur diminue lnergie dactivation, laquelle est le minimum dnergie ncessaire pour initier une raction chimique210.a.b[PCl3][Cl2]/[PCl5]K=0,041210a. b.280 0004,11litres13TOTAL 30ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 13X. Concepts clsUne alkylation est lintroduction dun radical alkyle par substitution ou addition sur un compos organique.Les antibiotiques sont des substances chimiques qui peuvent empcher la crois-sance, voir mme dtruire, des micro-organismes nocifs.Le craquage catalytique est la cassure dhydrocarbures complexes en molcules plus simples afn daugmenter la qualit et la quantit de produits plus lgers et plus dsirables et de diminuer la quantit de rsidus.Reformagecatalytiqueestunprocessusutilispourconvertirlenaphtaen compossaromatiquestelsqueletolune,lebenzne,lexylneetautres compossaromatiquesquisontutilesdanslescarburantsetlesprocds ptrochimiques.Polymrisation par mulsion est une polymrisation radicalaire qui a lieu dans une mulsion compose deau, de monomre, de surfactant et dautres ad-ditifs.La fermentation est une raction o de la matire brute est convertie en produit par laction de micro-organismes ou au moyen denzymes.Les engrais sont des produits chimiques donns aux plantes pour favoriser leur croissance.La chimie industrielle est une branche de la chimie qui applique les procdures chimiquesetphysiquestraverslatransformationdematirespremires naturelles et leurs drivs en produits utiles pour lhumanit.Le bilan de matire est lapplication de la loi de conservation de masse sous la forme dquations pour satisfaire les bilans des masses totales, des composants et des espces atomiques lors dun processus.La prparation des minerais est le pr-traitement des minraux par des proc-ds principalement physiques pour affecter la concentration de minraux de valeur et pour rendre le matriau enrichi dans des conditions physiques les plus appropries pour des oprations futures.Le plastique est un matriau qui contient, comme ingrdient essentiel, une subs-tance organique de masse molaire leve. Un plastique est un solide dans son tat fni et, certaines tapes de sa fabrication ou dans son procd en produits fnis, peut tre moul par coulement.Un surfactant est un compos qui est constitu dune longue queue linaire etnonpolaire(hydrophobe)avecune tte polaire(hydrophile)lequel diminuelatensiondesurfacedeleauetpermetauxcorpsgras(huile)de former une mulsion dans leau.Unitdoprationssontdestapesdetraitementphysiqueutilisesdansdes processus chimiques pour transformer les matires premires et les produits dans leurs formes dsires.Units de procds sont des transformations chimiques ou conversions qui sont excutes lors dun processus.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 11Xi. lectures obligatoiresLecture 1Rfrence complte: La chimie industrielle, de Wikipedia, lencyclopdie gratuitehttp://en.wikipedia.org/Chemical_industryRsum: La chimie industrielle comprend les entreprises qui produisent les produits chimiques industriels. Elle est centrale lconomie du monde moderne en trans-formant les matires premires (ptrole, gaz naturel, air, eau, mtaux, minraux) en de nombreux produits diffrents. Dans ce site, les produits chimiques sont classs et peuvent tre cherchs par nom de produit, de catgorie de produit, par technologie Des liens sur le mme sujet et des rfrences sont aussi donns.Justifcation: Lunit I de ce module porte sur la classifcation gnrale et la com-position de lindustrie chimique. La visite de ce site vous permettra de voir quel point le domaine de la transformation chimique est large.Lecture 2Rfrencecomplte:Polymrisationparmulsion,deWikipedia,lencyclopdie gratuitehttp://en.wikipedia.org/ Emulsion_polymerizationRsum: ce site donne lhistoire, la thorie, le processus de fabrication et les ingr-dientsvaris(monomres,comonomres,amorceurs,surfactants,stabilisantsnon surfactants, autres ingrdients) et les applications de la polymrisation par mulsion. Des informations sur les diffrents polymres produits par polymrisation par mul-sion peuvent tre obtenues dans ce site.Justifcation: la thorie de la polymrisation par mulsion est tudie dans lunit 2 et est applique dans lunit 5 pour la fabrication de deux polymres. Ce site apporte beaucoup dautres informations sur la polymrisation.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 15Lecture 3Rfrence complte: Mtallurgie extractive: de Wikipedia, lencyclopdie gratuitehttp://en.wikipedia.org/Extractive_metallurgyRsum: ce site donne des dfnitions et de brves discussions sur les technologies de base utilises dans lextraction du mtal. Elles comprennent les procds de py-romtallurgie et dhydromtallurgie. La mtallurgie extractive des diffrents mtaux peut tre obtenue partir de ce site.Justifcation: ce site et les liens donnent une bonne vue densemble de la mtallurgie extractive. Ceci complte les informations donnes dans lunit 3 sur la mtallurgie extractive du cuivre, de laluminium et du fer.Lecture 4Rfrence complte: engrais, de Wikipedia, lencyclopdie gratuitehttp://en.wikipedia.org/FertilizerDescription: ici vous trouverez lhistoire de lindustrie des engrais, des informations sur les oligonutriments, les engrais azots et organiques. Des liens lis ces sujets sont donns.Justifcation: cette lecture compltera ce qui est fourni dans ce module sur le sujet des engrais.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 1Xii. ressources obligatoiresRfrence complte: CD accompagnant ce moduleFichier PDF:aluminium.pdfchlor-alkali and aluminium electrolysis.pdfhaber ammonia synthesis.pdfammonia next step.pdfcement.pdfnitric acid and adipic acid.pdf10J polyethylene.pdf09E-SBRPolymerSummaryJuly16.pdfantibiotics production.pdfsoaps and detergents.pdfRsum: Les fchiers ci-dessus sont du matriel de lecture qui vous aidera comme matriels ressource supplmentaire pour ce module.Justifcation:cessourcesdonnentdesexplicationsdtaillessurlathorie,les procds de fabrication et dautres informations sur quelques produits couverts dans ce module. Ces produits comprennent laluminium, lammoniac, le ciment, lacide adipique, le polythylne, llastomre styrne-butadine, les antibiotiques, les sur-factants et les dtergents.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 1ZXiii.liens utilesLien utile 1Titre: Process Flow DiagramsURL: http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Process_fow_diagramsDescription: Ce site internet traite exclusivement des schmas de procds, dautres schmas techniques et de photographie dquipements et dinstallation industriels. Objectif: Ce site internet peut accrotre votre comprhension et votre apprciation sur la faon de dcrire les procds sous forme de schmas.Lien utile 2Titre: How Products are madeURL: www.madehow.com Description: Ce site internet donne des explications et des dtails sur les procds de fabrication pour une large varit de produits incluant quelques produits chimi-ques. Ce site fournit des descriptions tape par tape des procds de fabrication supports par des illustrations et des schmas. Pour chaque produit a aussi des informations sur son origine et son histoire, son mode de fonctionne, les matires premires utilises, ses applications, les sous-produits gnrs, les dveloppements futurs possibles, les procdures de contrle qualit, etc. Il y a sept volumes dans lesquels les informations sont conserves.Justifcation: Vous trouverez des informations utiles sur laspirine dans le volume 1, sur les plastiques acryliques, le polyester, lessence et les surfactants dans le volume 2, sur les antibiotiques dans le volume 4 et sur laluminium dans le volume 5. Ces informations sont pertinentes pour plusieurs sections de ce module.Lien utile 3Titre: Mine EngineerURL: http://www.mine-engineer.com/Description: Mine Engineer.Com a des informations sur lexploitation, les minraux, le charbon, la minralurgie, la prparation du charbon, les quipements utiliss dans le traitement du minerai et les industries de procd. Dautres sujets en relation avec celui voqu sont inclus.Justifcation: Dans ce site internet, des informations pour complter ce qui est pr-sent dans ce module sont disponibles pour des sujets tels que le cuivre, laluminium, le ciment, le traitement du minerai phosphat, les units dopration impliquant la fragmentation et la sparation.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 18Lien utile 4Titre: ElectrochemistryURL: http://electrochem.cwru.ed/encyclDescription: Ce site donne des informations utiles sur les applications industrielles de llectrochimie.Justifcation:Unarticledecesiteinternetcouvrelhistoire,lesprocdsBayer, Hall-Heroult et alternatifs pour la production de laluminium.Lien utile 5Titre: CheresourcesURL: http://www.cheresources.comDescription: Cheresources.com fournit des informations et des outils aux ingnieurs chimistes travers le monde. Ce site a beaucoup de ressources gratuites sur ling-nierie chimique ainsi quun contenu payant et des logiciels que les visiteurs peuvent choisir. Certains des articles gratuits sont destins aux tudiants.Justifcation:Celienestutilepourchercherdesinformationsdtaillessurles technologies des procds chimiques pour des produits tels que lammoniac, lacide sulfurique et autres produits couverts dans ce module. Certains des articles provien-nent de revues scientifques.Lien utile 6Titre: The Contact ProcessURL: http://uk.encarta.msn.com/media_761566936/Sulphuric_Acid.htmlDescription: Cette page dcrit le procd de contact pour la fabrication de lacide sulfurique.Justifcation: Cet article explique les raisons des conditions utilises dans ce procd. Il examine les effets de proportion, de temprature, de pression et de catalyseur sur la composition du mlange quilibr, la vitesse de raction et lconomie du procd.Lien utile 7Titre: Chemical IntelligenceURL: http://www.icis.com/chemical/intelligence.aspxDescription:ChemicalIntelligenceestuncataloguedeproduitschimiquesfour-nissant des informations sur les produits chimiques couverts par ICIS. Les pages de produits chimiques A-Z apportent des informations que vous pourriez avoir besoin sur nimporte quel produit.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 19Justifcation: La catgorie des produits chimiques industriels de masse comprend les produits chimiques et les matriaux produits en grande quantit dans lindustrie chimique. Ce site donne galement les intermdiaires ptrochimiques principaux qui sont produits partir des olfnes primaires et des blocs aromatiques lesquels sont ensuite traits en monomres, dtergents, additifs, solvants, plastifants, lubrifants et polymres.Lien utile 8Titre: Set laboratories URL: http://www.setlaboratoies.comDescription: Ce site est un puits dinformations sur le raffnage du ptrole.Justifcation :Lessujetscouvertsdanscesiteincluentlhistoireduraffnagedu ptrole, lextraction du ptrole brut et sa composition, les procds de raffnage avec des schmas et des descriptions dtailles. Vous trouverez ce site utile lorsque vous tudierez lunit 5.Lien utile 9Title: Access ExcellenceURL: http:/www.accessexcellence.orgDescription: Ce site est une source centrale pour la science de la vie incluant les biotechnologies. Un des sites, Biotech Applied expose les applications pratiques des biotechnologies et les stratgies pour introduire les biotechnologies dans lenseigne-ment. Il donne aussi la possibilit dintragir et de collaborer avec des scientifques, des enseignants et autre pour explorer la fne pointe de la science.Justifcation: un site particulier:(http://www.accessexcellence.org/LC/SS/ferm_biography.html),quitraitedela fermentation.Lien utile 10Titre: Soap and Detergent AssociationURL: http://www.cleaning101.com/cleaning/chemistry/soapchem2.comDescription: Ce site est pour Soap and Detergent Association qui reprsente les fabri-cants de produits nettoyants mnagers, industriels et institutionnels; les producteurs et les fournisseurs des matires premires associes et des emballages fnis.Justifcation: un des articles de ce site internet porte sur les procds de fabrication des surfactants et dtergents. Il inclut lhistoire du savon, la fabrication du savon, la chimie, les ingrdients et les procds de fabrication. Ces explications qui sont dans un langage non spcialis sont compltes avec des illustrations graphiques intres-santes. Ce site est une aide importante pour tudier ce sujet dans lunit 6.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 20XiV. activits dapprentissageActivit 1: Introduction la chimie industrielle et lindustrie chimiqueAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a.Distinguer la chimie classique et la chimie industrielleb.Classerlindustriechimiqueentermesdchelle,dematirespremires, dutilisation fnale et de valeur ajoutec.Distinguer les operations unitaires et les procds unitairesd.Dcrire les transformations chimiques au moyen de schmas de procdse.Effectuer lquation de bilan de matire pour un processus simpleRsum de lactivit dapprentissageCette activit est une introduction la chimie industrielle et lindustrie chimique etvouspermettradtudierlesunitsultrieuresplusfacilement.Ellecomprend les sujets suivants : introduction la chimie industrielle, classement de lindustrie chimique, matires premires pour lindustrie chimique, units dopration et unit de procds, schmas de procd, bilan de matire et dnergie. Les diffrentes lectures apportent des informations supplmentaires par rapport celles prsentes dans ce module. la fn de cette unit, il y a des excercises que vous devez faire pour valuer votre comprhension de cette unit.Liste de lectures pertinentes1.Chang R. (1991). Chemistry, 4th Edition, McGraw-Hill Inc. New York.2.Chang R. and Tikkanen W. (1988). The Top Fifty Industrial Chemicals.3.Price R.F. and Regester M.M. (2000), WEFA Industrial Monitor, 2000-2001, John Wiley & Sons Inc., New York.Liste de ressources pertinentesMicro-ordinateur avec accs internet pour faciliter laccs aux liens et aux sources pertinentes sans droits dauteursCD-Rom accompagnant ce module pour les lectures obligatoires et les d-monstrationsSources multimdias comme des vidos, des VCD, et un lecteur CDur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 21Liste de liens utiles pertinentshttp://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Process_fow_diagramshttp://www.icis.com/intelligence.aspxLe premier site internet porte principalement sur les schmas de procds, dautres schmas techniques et des photographies dquipements et dinstallations industrielles. Ce site peut favoriser votre comprhension et votre apprciation pour la description des procds sous forme de schmas.Le second site internet vous permettra de voir comment les produits chimiques sont classs pour des raisons commerciales et techniques.1.1. La diffrence entre la chimie classique et la chimie industrielleAvant de dfnir la chimie industrielle, il serait utile de savoir que le dveloppement de la chimie industrielle a commenc avec le besoin de connatre comment diffrents produits chimiques peuvent tre produits une chelle plus grande que celle du labo-ratoire. La connaissance de la chimie tait applique pour doter les industries chimi-ques en expansion rapide de recettes que lon appelle maintenant les procds chimiques. Lindustrie chimique se maintient avec les progrs scientifques et techno-logiques. Elle intgre dautres disciplines mergentes telles que les biotechnologies, la microlectronique, la pharmacologie et la science des matriaux. La discipline est aussi concerne par lconomie et les besoins de protger lenvironnement.On dfnit la chimie industrielle comme la branche de la chimie qui applique des procdures physiques et chimiques travers la transformation de matires premires naturelles et leurs drivs en produits qui sont bnfques pour lhumanit.La chimie classique (chimie organique, inorganique et physique) est trs essentielle pour faire avancer la science de la chimie en dcouvrant et rapportant de nouveaux produits,denouvellesvoixoutechniques.Dunautrect,lachimieindustrielle nous aide rapprocher la chimie classique comme elle est enseigne au lyce et luniversit,etlachimiequiestpratiquedefaoncommerciale.Lechampdela chimie industrielle implique donc:Lexploitation de matriaux et de lnergie une chelle approprieLapplication de la science et de la technologie pour permettre lhumanit de bnfcier de la chimie dans des domaines tels que la production alimen-taire, la sant et lhygine, lhabitation, la protection, la dcoration, les loisirs.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 221.2. Le classement des industriesLindustrie est un terme gnral qui se rfre toutes les activits conomiques qui ont affaire avec les productions de biens et de services. Les biens et les services sont des mots cls quand on parle de lindustrie. On sattend ce que lindustrie comprenne les secteurs suivants :FabricationAgriculturenergieTransportCommunication ducationTourismeBtiment et constructionCommerceFinance,etc.1.2.1. Classement de lindustrie manufacturireLindustriemanufacturireestledomainetudidanscemodule.Cetteindustrie produit des biens manufacturs. Ceci la distingue dautres secteurs comme lagri-culture qui produit aussi des biens. Dans le secteur de la fabrication, la matire est transforme en matriaux de plus grande valeur.On dfnit lindustrie manufacturire comme suit:Lindustrie manufacturire est le compartiment de lindustrie ou de lconomie qui est concerne par la production ou la fabrication des biens partir de ma-tires premires au moyen dune main duvre organise.Lindustrie manufacturire peut tre classe en deux catgories principales qui sont, lindustrie lourde et lindustrie lgre.Les industries capitalistiques sont classes comme industrie lourde alors que les industries de main duvre sont classes comme industrie lgre.Les industries lgres sont plus faciles dlocaliser que les industries lourdes et ncessitent moins dinvestissement pour tre construites. partir des critres de classement ci-dessus, des exemples dindustries lourdes ren-voient celles qui produisent des machines industrielles, des vhicules et des produits chimiques de base. Dautres mesures utilises pour classifer les industries incluent le poids et le volume des produits rapports au cot de production. Par exemple, le poids de lacier produit par dollar est plus lev que le poids par dollar dun mdicament. Dans ce cas lin-ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 23dustrie de lacier est une industrie lourde alors que la fabrication des mdicaments est une industrie lgre.Parfois,lesgouvernementsdfnissentlindustrielourdeenlienavecsonimpact sur lenvironnement. De nombreuses lois sur le contrle de la pollution visent les industries lourdes qui, dans la plupart des cas, polluent plus que les industries lgres. Ainsi, lindustrie papetire est une industrie lourde, car sa contribution la pollution est norme.Les industries de chimie inorganique et organique peuvent tre soient des industries lourdes soient des industries lgres. Par exemple, lindustrie pharmaceutique, laquelle est principalement de la chimie organique est une industrie lgre. Le raffnage du ptrole est aussi de la chimie organique, mais une industrie lourde. Lindustrie du fer et de lacier est du domaine de la chimie inorganique, mais est une industrie lourde.1.2.2. Les sous-secteurs de lindustrie manufacturireParce que les matires premires et les produits manufacturs actuels sont trs varis, diffrentes comptences et technologies sont ncessaires dans le domaine de la fa-brication. Ce domaine est donc divis en sous-secteurs lesquels traitent typiquement des catgories des biens tels que les suivants : Alimentation, boisson et tabacTextiles, prts--porter, maroquinerieProduis papetiers, imprimerie et ditionProduits chimiques, ptrole, caoutchouc et produits plastiquesProduits minraux non mtalliques autres que les produits du ptroleProduit de mtal de base, machines et quipementsNousallonsmaintenanttraiterdusous-secteurdesproduitschimiques,ptrole, caoutchouc et produits plastiques. Gnralement, ce sous-secteur est appel lin-dustrie chimique.1.3. Lindustrie chimiqueLindustrie chimique peut aussi tre subdivise suivant le type de matires premires principales et/ou le type de produits principaux fabriqus. Il existe donc les industries de chimie inorganique industrielle et les industries de chimie organique indus-trielle.Lesindustriesdechimieinorganiqueindustrielleextractentlessubstances chimiques inorganiques, fabriquent des composites partir de ces substances, mais synthtisent aussi des produits inorganiques.Les industries lourdes de chimie organique industrielle produisent les carburants base de ptrole, les polymres, les produits ptrochimiques et autres matires syn-thtiques, principalement partir du ptrole.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 21Lesindustrieslgresdechimieorganiqueindustrielleproduisentdesproduits chimiques de spcialit lesquels comprennent les produits pharmaceutiques, les co-lorants, les pigments et peintures, les pesticides, les savons et dtergents, les produits cosmtiques et divers dautres produits.1.3.1. La structure de lindustrie chimique mondialeDordinaire, on attribue une valeur quelque chose en fonction de combien cela a cot. Certaines choses sont de grandes valeurs tandis que dautres sont de faibles valeurs. Pour les produits de faibles valeurs, il est ncessaire de les produire grande quantit pour faire un proft signifcatif. Ceci implique que les matires premires sont bon march et facilement accessibles.Le procd technologique existant est aussi relativement simple et facilement accessible. Pour vendre une grande quantit de produits, il doit y avoir un march. Ceci apporte une dure concurrence laquelle permet de garder les prix bas.On peut maintenant dcrire la structure de lindustrie chimique mondiale.1.3.1.1. Produits chimiques banaliss: Lindustrie chimique mondiale est fonde sur les produits chimiques inorganiques de base (BIC) et les produits chimiques organiques de base (BOC) et leurs intermdiaires. Comme ils sont produits directement partir de ressources naturelles ou des drivs immdiats des ressources naturelles, ils sont produits en grande quantit.Dansles10premiersBIC,laplupartdutemps,lacidesulfurique,lediazote,le dioxygne, lammoniac, la chaux, lhydroxyde de sodium, lacide phosphorique et le dichlore dominent. La raison pour laquelle lacide sulfurique est toujours numro 1 est parcequeelle est utilise dans la fabrication des engrais, des polymres, des mdicaments, des peintures, des dtergents et du papier. Elle est aussi utilise dans le raffnage du ptrole, en mtallurgie et dans de nombreux autres procds. Le rang lev de loxygne sexplique par le fait quil est utilis dans lindustrie de lacier.Lthylne et le propylne sont habituellement parmi les 10 premiers des BOC. Ils sont utiliss dans la production de nombreux produits chimiques organiques incluant les polymres.BIC et BOC font rfrence aux produits chimiques industriels ou banaliss.Les produits chimiques banaliss sont donc dfnis comme produits de faible valeur, produits en grande quantit principalement par procds continus. Ils sont de grade technique ou dutilit gnrale.1.3.1.2. Les produits chimiques de spcialit: Laugmentation de la valeur implique la production de petites quantits de produits chimiquespourdesutilisationsfnalesparticulires.Detelsproduitssontappels produits chimiques de spcialit.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 25Cesontdesproduitsdegrandevaleurajoute,produitsenenpeitestquantitset vendus pour une fonction spcifque.Dans cette catgorie on retrouve les soi-disant produits chimiques performants, lesquels sont des produits de grande valeur, fabriqus en petite quantit et utiliss en extrme petite quantit. Ils sont jugs par leur performance et leur effcacit. Les enzymes et les colorants sont des produits chimiques performants. Parmi dautres exemples de produits chimiques de spcialit on peut citer : les produits pharmaceu-tiques, les produits agrochimiques, les pigments, les armes et parfums, les produits de soins personnels, les surfactants et les colles.Les produits chimiques de spcialit sont principalement utiliss sous forme de for-mulation. La puret est dune importance vitale dans leur formulation. Ceci ncessite la synthse organique de produits chimiques purs de grande valeur connus en tant que produits de chimie fne.1.3.1.3. Produits de chimie fne: Parfois, il savre que la matire premire ncessire vos produits doit tre trs pure afn que les produits fonctionnent comme dsir. Les produits chimiques de recherche sont dans cette catgorie ainsi que les ingrdients pharmaceutiques. De tels produits chimiques purs ou raffns sont appels produits de chimie fne. Par dfnition, ils sont des substances chimiques pures et organiques de grande valeur ajoute produits relativement en petites quantits et vendus sur la base des spcifcations exactes de puret plutt que sur des caractristiques fonctionnelles.La portion du march mondial pour chaque type de produits est approximativement comme suit :Produits chimiques banaliss80%Produits chimiques de spcialit18%Produits de chimie fne2%1.4. Matires premires pour lindustrie chimiqueNous avons port notre attention sur les produits de lindustrie chimique. Mais puisque lindustrie chimique nexisterait pas sans les matires premires, ce sujet est abord ce niveau du module.Tous les produits chimiques sont drivs de matires premires disponibles dans la nature. Le prix de ces produits dpend de la disponibilit de leurs matires premires. Lesindustrieschimiquesmajeuressesontdoncdveloppesautourdesmatires premires les plus abondantes.Lenvironnementnaturelestsourcedematirespremirespourlindustriechimi-que.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 2Les matires premires de latmosphreLatmosphre est le champ au-dessus du sol. Cest la source dair partir de laquelle six gaz industriels, N2, O2, Ne, Ar, Kr et Xe, sont fabriqus. La masse de latmosphre terrestre est approximativement 5 x 1015 tonnes si bien que lapprovisionnement en gaz est illimit.Les matires premires de lhydrosphreLeau de locan qui slve 1,5 x 1021 litres contient environ 3,5 % en masse de matire dissoute. Leau de mer est une bonne source de chlorure de sodium, de ma-gnsium et de brome.Les matires premires de la lithosphreLagrandemajoritdeslmentssontobtenuspartirdelacroteterrestresous la forme de minerais minraux, de carbone et dhydrocarbures. Le charbon, le gaz naturel et le ptrole brut en plus dtre des sources dnergie sont aussi convertis en des milliers de produits chimiques.La matire premire de la biosphreLavgtationetlesanimauxcontribuentauxmatirespremirespourcequiest appel les agro-industries. Les huiles, les graisses, les paraffnes, les fbres naturels et le cuir sont des exemples des milliers de produits naturels.1.4. Les processus chimiquesChaque processus industriel est destin produire un produit dsir partir dune varit de matires premires de dpart utilisant lnergie travers une succession dtapes de traitement intgres de manire raisonne. Les tapes de traitement sont de nature physique ou chimique.Lnergie est une entre ou une sortie du processus chimique.Le schma du processus chimique indique les aires o :les matires premires sont prtraitesla conversion prend placela sparation des produits partir des sous-produits est menele raffnage/la purifcation des produits a lieules points dentre et de sortie de service tel que le refroidissement par leau ou la vapeurur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 2Z1.4.1. Les units qui constituent un processus chimiqueUn processus chimique consiste en une combinaison de ractions chimiques telles que la synthse, la calcination, lchange dions, llectrolyse, loxydation, lhydratation et les oprations bases sur les phnomnes physiques telles que lvaporation, la cristallisation, la distillation et lextraction.Un processus chimique est donc nimporte quelle simple unit de traitement ou une combinaison dunits de traitement utilises pour la conversion de matire premire travers nimporte quelle combinaison de traitement physique ou chimique pour la changer en produit fni.1.4.1.1. Unit de procdLes units de procd sont les transformations ou les conversions chimiques qui sont ralises dans un processus.Dans le tableau 1.1, des exemples de quelques units de procds sont donns.Tableau 1.1Exemples dunits de procdsAcylation Calcinations Dshydrognation HydrolyseAlcoolyse Carboxylation Dcomposition change dionsAlkylation caustifcation lectrolyse IsomrisationAmination Combustion Estrifcation NeutralisationAmmoniolyse Condensation Fermentation OxydationAromatisation Dshydratation Hydrognisation Pyrolyse1.4.1.2. Les units doprationsIl existe de nombreux types de processus chimiques qui constituent lindustrie chimi-quemondiale.Cependant,chacunpeuttredivisenunesriedtapesappeles unit doprations. Ils reprsentent les tapes de traitement physique lesquels sont utile pour :mettre la matire premire dans une forme qui peut ragir chimiquementmettre le produit dans une forme adquate pour le marchur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 28Dans le tableau 1.2, quelques units dopration communes sont donnes.Tableau 1.2 Exemples dunits doprationsAgitation Dispersion Transfert de chaleurPulvrisation Distillation HumidifcationCentrifugation vaporation MlangeageClassement Filtration Pompagecrasement Flottation SdimentationDcantation Absorption gazeuse FragmentationLarrangement et la squence des diffrentes units doprations couples avec les units de procds et lensemble coupl avec les entres de matire donnent chaque processus son caractre individuel. Les oprations individuelles ont des techniques communes et sont bases sur les mmes principes scientifques. Par exemple, dans de nombreux processus, les solides et les liquides doivent tre remus; le chauffage ou dautres formes dnergie peuvent tre transfrs partir dune substance une autre, le schage, la fragmentation, la distillation et lvaporation sont raliss.Entudiantsystmatiquementlesunitsdoprations,lesquellestraversentlin-dustrieetleslignesdeprocds,letraitementdetouscesprocessusestunifet simplif.1.5. Schma de procdsUne image en dit plus que 1000 motsCertainsprocessuschimiquessonttrssimples;dautrestelsqueleraffnagedes huiles et des usines ptrochimiques sont trs complexes. La description de certains processus pourrait demander beaucoup de texte et prendre beaucoup de temps lire sans pour autant tre compris 100 %. Des erreurs provenant dune mauvaise com-prhension des processus peuvent tre trs couteuses.Pour simplifer la description du processus, un schma de procd aussi connu sous le nom de schma des variables opratoires est utilis. Un schma de procd est la carte routire du procd, lequel donne une grande quantit dinformations dans un petit espace. Les ingnieurs chimistes lutilisent pour montrer les squen-cesdquipementetlesunitsdoprationdanssonensemblepoursimpliferla visualisation des procdures de fabrication et pour indiquer les quantits de matire et dnergie transfres.Un schma de procd nest pas un schma lchelle, mais il :illustre les tapes de processus chimiques dans leur squence propre et logi-quedonne suffsamment de dtails afn quune interprtation mcanique puisse tre faiteur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 29Deux types de schma de procds sont communment utiliss, le schma de fabri-cation et le schma des variables opratoires.1.5.1. Le schma de fabricationCeci est un schma de fabrication qui montre :cequiestfairepluttquecommentcestfaire.Lesdtailsdesunits doprations et de procds ne sont pas donns.lcoulement au moyen de lignes et de fchesles units doprations et de procds par des formes gomtriques tels que des rectangles et des cerclesles matires premires, les intermdiaires et les produits fnisLa fgure 1.1 est un exemple de schma de fabrication.Figure 1.1 Un schma de fabrication pour une usine dacide sulfuriqueur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 301.5.2. Le schma des variables opratoiresLes usines chimiques sont construites partir de dessins de procds ou de schmas des variables opratoires dessins par les ingnieurs chimistes pour communiquer les concepts et les plans. La communication est affaiblie si le lecteur na pas dillus-trations claires et sans fautes. Du temps est aussi perdu quand le lecteur sinterroge ou dchiffre le schma. Le lecteur peut faire des erreurs graves cause dune inter-prtation errone du schma.La communication est amliore si les symboles accepts par tous sont utiliss. Parmi les avantages dune utilisation correcte des symboles on peut citer :la fonction excuter est mise en valeur en liminant les distractions causes par des dtailsla possibilit derreurs qui est probable quand des dtails sont rpts plusieurs fois est virtuellement limineles symboles dquipement devraient ni dominer le dessin ni tre trop petit pour une meilleure comprhension.Les symboles des schmas des variables opratoires sont des illustrations rapides des-siner, des symboles faciles comprendre qui dpassent les barrires de la langue.Certains ont dj t accepts comme normes nationales alors que dautres sont des symboles communment utiliss dans les industries de procds chimiques, lesquels se sont montrs tre effcaces. Les ingnieurs inventent constamment leurs propres symbolesolesnormesnexistentpas. Ainsi,lessymbolesetlesreprsentations peuvent varier dun dessinateur ou dune compagnie lautre.Ci-dessous est le schma des variables opratoires du ciment illustrant lutilisation des symboles dquipement.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 31Figure 1. 2: Un schma des variables opratoires pour la fabrication du ci-ment.1.6. Bilan de matire partir de la loi de la conservation de la masse, nous savons quaucune masse ne peuttrecreoudtruite.Cependant,danslesractionsnuclaires,lamasseet lnergie peuvent tre converties lune lautre. cause de ceci, nous pouvons crire les quations appeles bilan des masses ou bilan de matire . Nimporte quel processus qui est tudi doit satisfaire les bilans de la quantit de matire totale, pour chaque composant chimique et pour chaque espce atomique individuelle.Comme nous lavons vu dans ltude des schmas de procds, un procd peut avoir plusieurs ou beaucoup de courants suivant sa complexit.1.6.1. Le but des calculs des bilans de matireLes calculs des bilans de matire prsentent beaucoup dintrts. En effet :1.Ils nous aident connatre la quantit et la composition de chaque courant dans le procd.2.Les calculs obtenus en 1 forment la base des bilans dnergie travers lap-plication de la loi de la conservation de lnergie.3.Ilsnouspermettentdefairedesvaluationstechniquesetconomiquesdu procd et des units de procd partir de la connaissance de la consomma-tion de matire et dnergie et du rendement des produits obtenu.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 324.Ils nous permettent de connatre de faon quantitative les missions environ-nementales du procd.Dans les calculs de bilan de matire, nous commenons avec deux hypothses :il ny a pas de transfert de masse ou dnergiela masse est conserve pour chaque lment ou compos (la conservation peut concerner le nombre de moles ou la masse)Il est important de noter ce qui suit :La masse et les atomes sont conservsLes moles sont conserves seulement quand il ny a pas de raction Le volume nest pas conserv.Vous pouvez crire des bilans pour la masse totale, pour le nombre de moles total, la masse dun compos, le nombre de moles dune espce atomique, le nombre de moles dun compos, la masse des espces, etc..1.6.2. quations des bilans de matireNous pouvons tre tents de croire que dans un processus, Entre = SortieEn pratique, certaines matires peuvent tre accumules dans le processus ou dans certaines units de procds particulires. Par exemple, dans un procd discontinu, une certaine quantit de matire peut rester adhre aux parois des conteneurs. Lors de la dshydratation de lthane en thylne, les ractions suivantes ont lieu :C2H6 (g) C2H4(g)C2H6 (g)

2C(s) +3H2(g)C2H4(g) 2C(s) +2H2(g) Le carbone saccumule dans le racteur.causedufaitquelesprocdspeuventtrediscontinusavecaucuneentreou sortie ou continus avec une entre et une sortie, et quil peut y avoir conversion des espces chimiques, une quation correcte du bilan de matire prend en compte tous ces aspects. Ce qui suit est une quation gnrale du bilan de matire.Accumulation lintrieur du systme= Courant entrant travers les lignes du systme- Courant sortant travers les lignes du systme+ Gnration lintrieur du systme- Consommation lintrieur du systmeur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 33Simplement exprim:Accumulation= Courant entrant Courant sortant + Production Consom-mationLe systme est nimporte quel procd ou portion du procd choisi pour analyse. Un systme est dit ouvert si la matire coule travers la ligne du systme pendant lintervalle de temps quil est tudi; ferm sil ny a aucun coulement dentre ou de sortie.Laccumulation est habituellement la vitesse de changement du retard de la matire lintrieure du systme. Si la matire est augmente, laccumulation est positive; si la matire est diminue, laccumulation est ngative. Si le systme ne change pas avecletemps,onditquilestdansunrgimepermanent,etlaccumulationnette sera zro.La gnration et la consommation de matire sont les consquences des ractions chimiques.Silnyapasderactionschimiques,lestermesdeproductionetde consommation sont typiquement de zro.1.6.3. Procdure pour le calcul du bilan de matireLa procdure gnrale pour mener les calculs de bilan de matire est la suivante :1.Faireunschmadefabrication(schmadesvariablesopratoires)dupro-cd2.Attribuer un numro chaque courant3.Lister tous les composs qui participent au procd4.Trouverlescompossquisontdanschaquecourantetleslisterctdu courant dans le schma de fabrication5.Dcider dune rfrence approprie pour les calculs, p. ex. 100kg de matire premire A, 100kg/hr A, 1 tonne de produit, 100 moles du ractant B, etc.6.Trouver le nombre total de relations indpendantes. Ceci quivaut au nombre total dlments dcoulement.7.Reprer les diffrentes relations entre les lments dcoulement et les relations indpendantes pour calculer les concentrations.8.Mettre sous forme de tableau les rsultats.1.6.4. Exemple: Trois matires premires sont mlanges dans une cuve pour fabriquer un produit fnal avec, respectivement, un rapport de 1 :0,4 :1,5. La premire matire premire contient A et B avec 50 % de A. La seconde matire premire contient C tandis que la troisime matire premire contient A et C avec 75 % de A. En assumant que le procdestcontinuenrgimepermanent,trouverlcoulementetlacomposition du produit.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 31Rponse :1. Faire un schma de fabrication (schma des variables opratoires) du procd2. Attribuer un numro chaque courant F2 F1F3 F43. Lister tous les composs qui participent au procdLes composs sont A, B et C.4. Trouver les composs qui sont dans chaque courant et les lister ct du courant dans le schma de fabricationW reprsente la composition en poids.F2 WC2 WA1, WB1 F1F3 WA3, WC3

F4 WA4, WB4, WC4ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 355. Dcider dune rfrence approprie pour les calculs.Nous allons utiliser la rfrence de 100kg/hr pour la premire matire premire6. Trouver le nombre total de relations indpendantes. Ceci quivaut au nombre total dlments dcoulement.Le nombre total de relations indpendantes = le nombre total dlments dcou-lementLes lments dcoulement sontWA1, WB1, WC2, WA3, WC3, WA4, WB4, WC4 = 8Ainsi le nombre total de relations indpendantes = 87. Reprer les diffrentes relations entre les lments dcoulement et les relations indpendantes pour calculer les concentrations.Nous avons besoin dau moins 8 relations mathmatiques indpendantes pour pouvoir rsoudre ce problme. Celles-ci sont :Rfrence : Courant F1 est 100kgLe rapport des trois matires premiresWA1 est 50%WC2 est 100%WC3 est 25%Le bilan de matire pour ALe bilan de matire pour BLe bilan de matire pour CNous avons le nombre requis de relations indpendantes et nous pouvons procder aux calculs.Nous commenons avec lquation de bilan gnral :Accumulation= Courant entrant Courant sortant + Production Consom-mationPouruneractiondemlange,laproductionetlaconsommationsontdezro. Ainsi :Accumulation =(F1 + F2 + F3) F4o les vitesses dcoulement sont en kg par heure.Parce que le systme est en rgime permanent, laccumulation est de zro, et :F4=F1 + F2 + F3 partir des courants entrants, F2 = 0,4X(100/1) = 40kgF3 = 1,5X(100/1) =150kgAinsi F4=100 + 40 + 150=290kgur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 3La prochaine tape est de trouver les quantits de A, B et C dans F4. Pour cela, nous devonscrirelquationdubilandematirepourchacundestroiscompossen nassumant aucune accumulation. Pour A :AccumulationA= Courant entrantA Courant sortantA + ProductionA Consomma-tionAAccumulationA =0=(F1 WA1 + F2 WA2 + F3 WA3) F4 WA40=100(0,5) + 40(0) + 150(0,75) 290WA4=162,5 290WA4 WA4 = 162,5/290=0,56Des bilans semblables sont faits pour B et C :AccumulationB =0=(F1 WB1 + F2 WB2 + F3 WB3) F4 WB40=100(0,5) + 40(0) + 150(0) 290WB4=50 290WB4 WB4 = 50/290=0,17AccumulationC =0=(F1 WC1 + F2 WC2 + F3 WC3) F4 WC40=100(0) + 40(1) + 150(0,25) 290WC4=77,5 290WC4 WC4 = 77,5/290=0,27Il est toujours bon de vrifer si les rponses sont cohrentes. Ceci se fait en addi-tionnant les fractions massiques :WA4 + WB4+ WC4 = 0,56 + 0,17 + 0,27 = 1,0Ceci prouve que la rponse est correcte.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 3Z8. Mettre sous forme de tableau les rsultats.Courant Compos Kg/hr Kg % %1 AB5050 1005050 1002 C 40 100 100 1003 AC112,537,5 1507525 1004 ABC162,55077,5 290561727 100valuation formative1.Distinguer entre la chimie industrielle et la chimie classique.2.Quels facteurs sont utiliss pour classer une industrie de lourde ou lgre?3.Dfnir les produits chimiques de spcialit.4.Expliquercommentlalithosphreestunesourceimportantedematires premires naturelles pour lindustrie chimique.5.Quelle est la diffrence entre les units doprations et les units de proc-ds?6.Quelle information pouvez-vous vous attendre trouver dans un schma de fabrication pour un processus chimique?7.Discuter lutilisation des symboles pour les schmas des variables opratoi-res.8.Quelles hypothses sont initialement fates pour tablir un bilan de matire pour un processus chimique?9.crire lquation gnrale du bilan de masse.10.Un gaz fabriqu a la composition suivante :%Densit, kg/m3 CO28,01,2501 CO2 3,51,9768O20,51,4289N268,01,2507Le gaz est brl avec de le dioxygne selon lquation suivante :2CO + O2

2CO2ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 38Ledioxygneprovientdelairdontlacompositionvolumiqueestde80 %N2et 20 % O2. Le dioxygne est fourni par lair et le gaz fabriqu est en excs de 20 % de la quantit requise pour une combustion complte. La combustion est complte 98 %.Effectuer le bilan de matire total pour ce procd en considrant que 100 kg de gaz sont brls.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 39Activit 2Unit doprations et units de procdsAu terme de cette unit, vous devriez tre capable de:a. Lister les diffrentes raisons pour entreprendre la fragmentation et le grossis-sement dans lindustrie chimiqueb. Dcrire les principes dopration de certains quipements de fragmentation et des quipements de grossissementc. Expliquercommentlesmatriauxindustrielspeuventtrespars,respec-tivement, partir de leur proprit magntique, lectrostatique, hydrophobe et de leur volatilitd. Discuter les diverses units de procds organiques incluant la polymrisation, lalkylation, lhydrolyse et leur application dans lindustrie chimiqueRsum de lactivit dapprentissageDanslactivitdapprentissage1,nousavonsapprisquelesprocessuschimiques peuvent tre diviss en units doprations et en units de procds. Les units dop-rations impliquent les transformations physiques tandis que les units de procds reprsententlesconversionschimiques.Danccetteactivit,nousvoulonstudier lesraisonsetlesprincipesdexploitationdesunitsdoprationsetdesunitsde procds standards, spcifquement ceux que nous allons rencontrer plus tard dans ltudedesprocessuschimiquesindustrielsinorganiquesetorganiques.Cetacti-vit dapprentissage comprend : la fragmentation et le grossissement, la sparation magntique et lectrostatique, la fottation par moussage, la distillation fractionne, dautres units doprations, la polymrisation, lalkylation, lhydrolyse et dautres units de procds.Listes de lectures pertinentes1.Shukla S. D and Pandey G. N, (1978). A Textbook of Chemical Technology. Vol.1 (Inorganic/Organic). Vikas publishing House PVT Ltd. New Delhi.2.Gerhartz, W. (Editor), (1987). Ullmanns Encyclopaedia of Industrial Che-mistry, 5th Edition, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim. 3.Clearing House for Inventories and Emissions, U.S.A. Environmental Pro-tection Agency, Organic Process Industry AP. 42, Vol. 1, 5th Edition.4.GrogginsP.H.(1958).UnitProcessesinOrganicSynthesis,5thEdition, McGraw-Hill Book Company, New Delhi.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 10Liste de liens utileshttp://www.mine-engineer.com/Ce lien a des informations utiles sur les diffrentes units doprations utilises dans lindustrie chimique. Des photographies et autres illustrations sont offertes.2.1. Units doprationsDans lactivit 1, nous avons dfni les units doprations en tant que transformations physiques. Elles sont nombreuses et impliquent la fragmentation, le grossissement et la sparation des mlanges. Dans cette activit, nous allons considrer les principes dexploitation dquipements dans ces units doprations et leur application dans lindustrie chimique.2.1.1. FragmentationLa fragmentation fait rfrence toutes les manires dont les particules sont coupes ou casses en petits morceaux. Le but est de produire de petites particules partir de grosses particules pour nimporte laquelle des raisons suivantes :1.Pour rduire les gros morceaux de matire premire en des tailles exploitables, e.g. concassage du minerai minral.2.Pour augmenter la ractivit des matriaux en augmentant leur surface3.Pourlibrerlessubstancesdevaleurafndelessparerdelamatirenon dsire4.Pourrduirelevolumedesmatriauxfbreuxpourunemanipulationplus facile5.Pour respecter les standards de qualit pour la taille et la forme6.Pour augmenter le nombre de particules dans le but de vendre7.Pour amliorer lffcacit du mlangeage des formulations, des composites, e.g. les insecticides, les colorants, les peintures2.1.1.1. Principes de la fragmentationLa plupart des machines de fragmentation sont bases sur la compression mcanique et la collision.Quand un solide est tenu entre deux plans et quune pression est applique sur lun des plans, le solide est fractur et se fragmente quand la pression est enleve. Les fragmentsformssontdetaillesdiffrentes.Unexempledquipementindustriel bassurlacompressionestunconcasseurmchoires.Lacollisionprovoquela cassure de la matire quand elle est heurte par un objet bougeant haute vitesse. Le produit contient de grosses et de fnes particules. Un broyeur boulets est bas sur la collision.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 112.1.1.2. Concasseur mchoiresLa Figure 2.1 est une reprsentation schmatique dun concasseur mchoires.Figure 2.1. Concasseur mchoiresUn concasseur mchoires est compos dune mchoire fxe verticale et dune autre mchoireamoviblequibougedansleplanhorizontale.Danslareprsentationci-dessus, les mchoires sont en rouge. Les deux mchoires forment un angle de 20-30o entre elles. La mchoire amovible se ferme environ 250 400 fois/min. La charge est insre entre les mchoires. Elle est concasse plusieurs fois entre les mchoires avant dtre dcharge par louverture la base de la machine.Un concasseur mchoires donne un produit grossier.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 122.1.1.3. Broyeur bouletsUn broyeur boulets est un broyeur culbuteur qui est gnralement utilis pour des matriaux dj pr-concasss. Il est gnralement utilis pour broyer de la matire de 6 mm ou plus fne en des particules de taille de 20 75 microns.Figure 2.2 Broyeur bouletsLefonctionnementdunbroyeurbouletsestillustrlaFigure2.2.Lebroyeur consiste en un cylindre contenant un mlange de grosses et de petites sphres broyan-tes en acier et de la charge. Quand le cylindre tourne, la rotation force les sphres tomber dans le cylindre et sur la matire concasser. La rotation est habituellement entre420rvolutionsparminute,enlienaveclediamtredubroyeur.Plusle diamtre est large, plus la rotation est lente. Si la vitesse du broyeur est trop grande, il commence se comporter comme une centrifugeuse et les sphres ne retombent pas, mais restent la priphrie du broyeur. Le moment o le broyeur devient une centrifugeuse est appel la vitesse critique. Les broyeurs boulets habituellement oprent de 65 % 75 % de leur vitesse critique.Un broyeur boulets est appropri pour le broyage sec ou mouill de matriaux varis dans les industries du ciment, des engrais, de la mtallurgie et dautres industries. La Figure 2.3 est un broyeur boulet qui est install dans une usine de ciment.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 13Figure 2.3 Photographie dun broyeur boulets dans une usine de ciment.2.1.2. Grossissement (Agglomration)Legrossissement,faisantaussirfrencelagglomration,estmenquandles particules sont trop petites pour tre utilises dans une tape ultrieure du procd. Par exemple, dans lextraction du mtal, quelques particules peuvent tre trop fnes pour tre charges dans un haut fourneau.2.1.2.1. Buts du grossissementVoici une liste dobjectifs du grossissement dans diffrentes industries :1.Rduire les pertes de poussire2.Rduirelesmanipulationsdangeureuses,particulirementenrespectdes poudres irritantes et infectes.3.Rendre les particules non agglomrantes4.Densifer les matriaux5.Empcher la formation dagglomrats et de morceaux6.Fournir une quantit dfnie dunits approprie pour le comptage, la distri-bution et la gestion7.Produire des formes utiles8.Crer des mlanges uniformes de solides qui ne se sparent pas9.Amliorer lapparence des produits10.Permettre le control des proprits des solides fnements diviss, e.g. solubilit, porosit, rapport surface/volume, transfert de chaleur11.Sparer les mlanges de particules de tailles multiples par mouillabilit ou agglomration slective12.Retirer les particules des liquidesur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 11Dans le grossissement, les petites particules sont recueillies en de plus grosses par-ticules, de masses relativement permanentes dans lesquelles les particules dorigine peuventtoujourstreidentifes.Lesproduitsdugrossissementsontsoitdetaille rgulire,e.g.brique,dalle,pastille,bouletteoudetaillesirrgulirescommele minerai agglomr.Les agglomrateurs sont utiliss pour augmenter la taille des particules des poudres. Ilexistedeuxtypedebasedagglomrateurs;lesagglmateursdecompactageet denon-compactage.Celuidetypecompactageutiliseunepressionmcanique(et souvent de trs hautes pressions) pour presser les poudres toutes ensembles. Pour ceux-ci, il nest parfois pas ncessaire davoir de liants pour former les particules. Les broyeurs boulettes sont des agglomrateurs de compactage.2.1.2.2. Les broyeurs boulettesLa charge humide ltat plastique est passe travers une matrice contenant des trous. Un courant est appliqu la matrice pour la faire tourner librement autour dun cylindre rotatif. La friction de la matire dans les trous de la matrice applique une rsistance ncessaire au compactage. Un couteau coupe les exsudats en boulettes. Ceci est montr la Figure 2.4. Des agents de liaison tels que la colle ou lamidon peuvent tre mlangs la charge.La qualit des boulettes et la capacit dpendent :Des proprits de la charge e.g. humiditDes caractristiques lubrifantesDe la taille des particulesDe labrasivitDes caractristiques de la matrice et de la vitesseFigure 2.4. Le broyeur boulettesur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 15Une photo dun broyeur boulettes convertissant des copeaux de bois et de la sciure en boulettes de combustible est montre la Figure 2.5. Ces matires premires sont compresses sous haute pression en des petits rouleaux cylindriques. Les boulettes gagnent leur solidit seulement grce au procd de pressage sans laddition de pro-duits chimiques ou dagents synthtiques dadhsion.

Figure. 2.5: Photographie dune pastilleuse en fonctionnement qui convertie des copeaux en boulettes de combustible.2.1.2.3. Un broyeur culbuteurLaction standard de la plupart des agglomrateurs de non-compactage est de garder lespoudresenmouvementparculbutage,vibrationousecouage,pendantquune quantit de liants liquides est pulvrise. Le liant est spcialement slectionn pour maintenir les petites particules ensemble, crant une particule plus large. Aprs que les particules soient colls ensemble pour former un noyau ou un germe, il sensuit la lamination ou le dpt par couches de la matire premire sur les noyaux pralable-ment forms. Ceci requiert des taux de recyclage lev dont laugmentation conduit des agglomrats plus gros et plus denses avec une haute rsistance lhumidit. Ceci requiert aussi un taux en humidit faible malgr le fait que laugmentation du taux de liquide mne une augmentation de la taille des agglomrats. Le procd de laminage est montr la Figure 2.6.Figure 2.6: Illustration du procd de lamination de poudre.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 1Les agglomrats forms sont sujet aux forces suivantes :a)Forces dstructives lintrieur de la charge lorsque les particles entrent en collision les unes les autres lors du roulementb)Forces cohsives qui retiennent les boulettes ensembleLagglomration optimum est obtenu quand le mouvement de culbutage et en cascade alieudanslacharge.Lemouvementestduauxforcescentrifuges.Lesappareils peuvent tre disposs selon un angle.Deux types dagglomrateurs culbuteurs sont utiliss : lagglomrateur bac inclin et lagglomrateur tambour.2.1.2.3.1 Lagglomrateur bac inclinCeci est montr la Figure 2.7. Il consiste en un bac rotatif avec une certaine incli-naison. Il est charg avec de la matire premire en poudre. La matire se lamine sur une particule pour former des boules. Les boules de grosses tailles roulent en dehors du bac. La matire fne senvase travers les boules de grosses tailles et reste dans le bac.Figure 2.7.Agglomrateur bac inclinur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 1ZLes avantages dun bac inclin sont les suivants :1)Produit uniforme sans besoin de tri2)Faible cot dquipement lequel est simple contrler3)Observation du procd de bouletage facileCependant, un bac inclin a un dsavantage, il produit de la poussire.2.1.2.3.2. Agglomrateur tambourLa Figure 2.8 est une illustration du fonctionnement de lagglomrateur tambour.Figure 2.8. Coupe transversale dun agglomrateurPendant que le tambour tourne dans le sens des aiguilles dune montre, les barres (an-notes Rod Cage ) soulvent les poudres les plus fnes et crent un rideau tombant de petites particules sches. Le liant liquide est pulvris ( Spray Droplets ) sur le rideau, lequel agglomre de prfrence seulement les petites particules souleves par les barres.Un agglomrateur tambour possde les avantages suivant par rapport un agglo-mrateur bac :1)Grande capacit2)Long temps de rtention si ncessaire3)Moinssensibleauxdversementsdusystmecausedudchargementde grosse charge en circulationLagglomrateur de tambour a un inconvnient. Des particules de diffrentes tailles sont produites si bien que le triage est ncessaire pour sparer les grosses particules des petites particules.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 182.1.3. La sparation des matriauxDans cette section, nous allons apprendre comment les diffrentes proprits physiques des matriaux sont utilises pour sparer les mlanges dans lindustrie chimique.2.1.3.1. La sparation magntiqueSi un mlange contenant de la matire magntique et non-magntique est soumis un champ magntique, les particules subissent linfuence de plusieurs forces en comp-tition, qui sont des forces magntique, dinertie, gravitationnelle et entre particules.Trois produits peuvent tre obtenus pendant la sparation magntique et sont :Un produit fortement magntiqueUn produit faiblement magnetique (les mixtes)Un produit non magntique (le rsidu)La sparation est mene soit sec en utilisant des lectro-aimants courroies ou des sparateurs magntiques tambour. Cette technologie est applique dans la prparation des minerais minraux, comme nous le verrons dans lunit 4.Lamthodeutilisepourlesparticulesschesestillustreschmatiquementla Figure 2.9.Figure 2.9. Illustration du principe de la sparation magntique secur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 19Lamatiresparerestintroduitedanslepremierconvoyeur.Au-dessusdece convoyeur il y a un autre convoyeur avec un lectro-aimant lintrieur. Le champ lectromagntique dcrot vers la droite. La matire fortement et faiblement magn-tique est attire et attrape par laimant. La matire non-magntique continue tre transporte par le premier convoyeur et est jete dans la premire trmie. Au fur et mesure que la force de llectro-aimant diminue vers la droite, les mixtes, i.e. la ma-tire faiblement magntique est relch et tombe dans la trmie du milieu. La matire fortement magntique tombe la fn de llectro-aimant dans la troisime trmie.2.1.3.2. Flottation par moussageCeci est un procd de technologie de sparation solide-liquide qui utilise les dif-frences de mouillabilit de divers matriaux tels que les minerais minraux. Bien quecesmatriauxsoientgnralementhydrophiles,lespropritsdesurfacedes composs quils contiennent peuvent varies dans un trs petit interval. Ces petites diffrences peuvent tre amplifes par absorption slective qui rend certaines parti-cules hydrophobes. Ces particules hydrophobes en suspension dans leau fottent en sattachant aux bulles dair.2.1.3.2.1. Fabriquer des particules hydrophobes et fottantesUn agent actif spcial de surface (un surfactant) appel collecteur ou promoteur est ajout la suspension. Les collecteurs sont gnralement des composs C2 C6 avec unettepolaire.Ilscomprennent,parmisdautres,lesacidesgras,lesacidesgras amins et sulfonats. La slection des collecteurs dpend de la matire sparer. La molcule de collecteur sadsorbe sur une surface solide via le groupe polaire (charg). Cette raction est appele chemisorption. La chane hydrocarbone fait face la phase aqueuse. Ceci est montr la fgure 2.10.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 50Figure 2.10: Comment un collecteur rend une particule hydrophobeUne couche, probablement une monocouche de molcules de collecteur, sattache la surface de la particule. La surface de la particule recouverte devient hydrophobe parce que la chane hydrocarbone et leau ne se mlangent pas. En tant hydrophobe, la particule repousse leau. De cela rsulte un affaiblissement des forces agissant entre la surface de la particule et leau et donc la diminution des interactions surface-eau linterface solide-surface. Alors le mince flm deau qui se trouve au niveau de la surface du solide mouill se dplace sous laction de lair. En plus de lutilisation des collecteurs pour changer les proprits de surface des particules, dautres produits chimiquespeuventtreajoutspourmodiferultrieurementsoitlesparticules fotter, ou les particules qui restent en suspension. De telles substances chimiques sont appeles des modifcateurs.2.1.3.2.2 Cellule de fottationLa cellule de fottation est montre la Figure 2.11. La matire est moule dans leau jusqu un maximum de 250 mm. Elle est introduite par la cellule de fottation. Un agent moussant est ajout pour crer une quantit suffsante de fnes bulles quand de lair est bulle. Des exemples dagents moussant sont lhuile de pin et lalcool mthy-lamylique. Le collecteur et les autres additifs sont ajouts. Les particules hydrophobes sont collectes linterface air-bulle. Les bulles avec les particules minrales attaches remontent la surface o le matriel est enlev. Les particules qui sont mouilles par leau (hydrophiles) ont tendance rester dans la suspension aqueuse.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 51Figure 2.11 Une cellule de fottation2.1.3.3. Distillation fractionneLa distillation est utilise pour sparer un mlange de liquides miscibles lesquels ont desvolatilitsdiffrentes.Supposerquunmlangeavecunefaibleconcentration du compos le plus volatile est distill et la vapeur condense. Le condensat, lequel fait rfrence au distillat, sera plus concentr avec ce compos que la charge. Si on remet le distillat dans un appareil distillation et le distille en un second distillat, ce distillat sera encore plus riche en compos le plus volatile que le premier distillat. Si on continue ce procd, on pourra avoir un distillat pur en compos le plus volatile. Plus la volatilit relative est grande entre les deux composs, moins dtapes de dis-tillation seront ncessaires. Ceci est le concept de la distillation fractionne.Elle est utilise quand :Les points dbullition dun mlange de composs sont prochesLes volatilits des composs sont prochesCeci est le cas du raffnage du ptrole.Ladistillationindustriellefractionneestmenedansdescolonnesdistillation aussi appeles des tours distillation. Elles sont comme de nombreux alambics de distillation empils ensemble verticalement.ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 52Image 2.13. Une usine de distillation industrielle Pour que la distillation ait lieu dans une colonne de distillation, la vapeur et le liquide qui scoulent respectivement vers le haut et vers le bas doivent tre mis en contact. Ceci est accompli en remplissant la colonne avec des produits solides inertes, ou en installant des plateaux intervalles rguliers partout le long de la colonne. Les petites colonnes de distillation sont normalement remplies tandis que les grandes colonnes de distillation ont des plateaux. Dansdescolonnesavecplateaux,nousdevonsprvoirdescheminsdevapeuret des chemins de liquides vers chaque plateau. Les plateaux sont perfors et la vapeur passe par les perforations. Le liquide coule par des pipes connues comme tuyaux de descente ct de la paroie de la colonne. Dans limage 2.13, on montre les composants dune colonne de distillation conti-nue.Image 2.13 une colonne de distillation continueur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 532.1.3.3.1. Rectifcation et balayage la vapeur dans une colonne de distillationRegardons ce qui arrive lintrieur dune colonne de distillation lorsquelle fonc-tionne. Supposons quil y a deux composants A et B spars, A tant plus volatile que B. Le composant A sort par le haut. chaque plaque de distillation, le mlange liquide est au point dbullition. Le point dbullition dA, TA est bas compar TB, le point dbullition de B sortant au fond. Nous pouvons donc conclure que lintrieur de la colonne devient plus froid vers le haut.La vapeur est produite au rebouilleur et elle remonte du fond de la colonne. chaque tape de distillation, ou plateau, une vapeur relativement plus chaude entre en contact avec un liquide plus froid qui descend la colonne. Un peu de vapeur se condense et la condensation qui en rsulte a plus du composant moins volatile B, aboutissant ainsi une vapeur plus riche dans A. Simultanment, un peu de liquide reoit la chaleur latente produite par la vapeur de condensation et se svapore. La partie ltat de vapeur est plus en composant le plus volatile A et donc, le liquide qui quitte le plateau est puis en A et enrichi en B. Ce processus est rpt en haut la colonne. Aprs que la plus haute vapeur est condense au condenseur, un peu de distillat est rendu la colonne au plateau suprieur. Le liquide rendu est appel le refux. Lenrichissement de la vapeur avec le composant plus volatile au-dessus de lemplacement dalimentation sappelle rectifcation. Le dplacement ou lpuisement de ce composant du liquide au-dessous de lemplacement dalimentation sappelle balayage la vapeur.2.1.3. Autres oprations unitairesIl y a beaucoup doprations unitaires qui sont employes dans lindustrie chimique. Il est impossible de les couvrir toutes dans cette unit. Dans le tableau 2.1, on donne un rsum de quelques autres oprations unitaires.Table 2.1 Autres oprations unitairesOpration unitaire But ApplicationSparation lectrostatique Sparation daliments solides sur la base de la difrence dans la conductibilit lectrique de composantsMinralurgieSdimentation Sparation dlments solides de liquides surtout par forces de gravitationUsines de traitement deauCrystallisation Sparation de particules solides de leurs solutions saturesFabrication de sucreExtraction solideliquide ou lixiviationLExtraction de solides solubles par son mlange avec un solide inerte grce lutilisation de solvant liquide.Minralurgieur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 51Schage par atomisation Un liquide contenant un solide dissous est pulvris danslair chaud et laisse un produit en poudre par vaporation du solvant.La Production de pigments, de dtergent, de lait en poudre, des rsines synthtiques et des sels inorganiquesLiquide extraction de liquide ou de solvant La sparation dune solution liquide de son mlange avec un autre lment inerte liquide au moyen dun autre liquide dans lequel il est soluble.Rcupration de solvant, retrait de naphtnes et de composs aromatiques de lhuile de graissage.Absorption Retrait dun composant dun mlange de gaz en le dissolvant dans un liquide.Retrait de sulfure hydrogne (H2S) de gaz dhydrocarbure par lutilisation de solutions alcalines.2.2. Procd unitaireDans lUnit 1, nous avons dfni les procds unitaires comme des transformations chimiquesoudesconversions.Lesprocdsunitairessontaucoeurdelachimie synthtique industrielle et sont dominants dans les processus organiques. Nous tu-dierons certains des procds unitaires que nous allons probablement rencontrer dans des activits dtude suivantes.2.2.1. Polymrisation Letermepolymrevientdedeuxmotsgrecs: polys quisignife plusieurs et meros qui signife parties . Un polymre est donc une substance ayant des centaines ou des milliers de petites parties identiques appeles monomres qui sont lis ensemble dans un processus chimique connu comme la polymrisation.2.2.1.1. Ractions de polymrisationAfn que la polymrisation produise des polymres avec une longue chane (de hauts polymres), les monomres doivent :tre polyfonctionnels, cest--dire doivent contenir au moins deux groupes ractifs.Nedoiventpasdonnerdesproduitscycliquesparlafermeturedanneaux intramolculaires parce que cela arrtera la polymrisation.Les ractions de polymrisation constituent deux grandes classes :1. Additionoupolymrisationdechaneimpliquantlestapessuccessives damorage de raction, de propagation et de terminaison. Les exemples de polymres daddition incluent le polythylne, le polypropylne, le chlorure ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 55de polyvinyle et le polystyrne.2. Condensation ou raction par tape de polymrisation. Cela implique la rac-tion de condensation entre deux molcules polyfonctionnelles, parfois avec llimination dune petite molcule comme leau. Le nylon est un polymre de condensation dhydrazine hexamthylne et dacide adipique (hexandioque) comme indiqu dans lquation ci-dessous :H2N-(CH2)6-NH2+HOOC-(CH2)4-COOHH2O+-(NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4)-Si un des ractifs dans une raction par tape de polymrisation contient plus de deux groupes fonctionnels, un polymre liaisons transversales est obtenu.2.2.1.2 Polymrisation de radical libreUne des ractions les plus communes et utiles pour faire des polymres est la po-lymrisation de radical libre. Elle est utilise pour fairedes polymres partirde monomres de vinyle, cest--dire de petites molcules contenant des liaisons dou-bles carbone-carbone. Les polymres obtenus par la polymrisation de radical libre incluent le polystyrne, le mthacrylate de polymthyle, le polythylne dactate et le polyvinyle embranch.Amorage : Tout le processus dbute avec une molcule appele un amorceur . Cela ressemble une molcule de peroxyde de benzoyle ou 2,2 -azo-bis-isobuty-rylnitrile (AIBN). La caractristique spciale de ces molcules est quelles ont une capacit de se fragmenter de faon peu conventionnelle. Quand elle se coupe, la paire dlectrons dune liaison qui est brise produit deux fragments amorceurs, dont chacun a un lectron non appari. De telles molcules avec des lectrons non apparis sont appeles des radicaux libres.La liaison double carbone-carbone dans un monomre de vinyle, comme lthylne, a une paire dlectrons, qui est trs facilement attaque par le radical libre. Quand cela arrive, une nouvelle liaison chimique est forme entre le fragment amorceur et un des atomes de carbone de la molcule du monomre. Cet lectron, nayant nulle part o aller, sassocie lui-mme avec latome de carbone, qui nest pas li au frag-ment amorceur. Ce processus entier, la fragmentation de la molcule initiatrice pour former des radicaux, suivie par la raction du radical avec une molcule monomre est appel lamorage de la polymrisation. Propagation : Ce nouveau radical ragit avec une autre molcule dthylne exacte-ment de la mme faon que le fragment amorceur. Un radical libre est form quand cette raction a lieu maintes reprises et la chane grandit. Laddition croissante de molcules monomres la chane en croissance est appele la propagation. ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 5Parcequenouscontinuonsrefaireleradical,nouspouvonscontinuerajouter de plus en plus des molcules dthylne et construire une longue chane. De telles ractions qui se perptuent sont appeles des ractions en chane. Terminaison:laterminaisonestlatroisimeetderniretapeduneractionde polymrisation en chane. Les radicaux libres sont instables et fnalement, ils trouvent un moyen de devenir apparis sans produire un nouveau radical. Alors, la raction en chane fnira par un arrt. Cela arrive de plusieurs faons. La voie la plus simple est que deux bouts de chane en croissance se rencontrent. Les deux lectrons non apparis se joignent alors pour former une paire et une nouvelle liaison chimique, reliant leurs chanes respectives. Cela est appel laccouplement. Laccouplement est un des deux types principaux de raction de terminaison. Une autre faon est que les lectrons non apparis ferment la polymrisation : cest appele dismutation. Dans la dismutation, llectron non appari dune chane trouve un lectron dans la liaison carbone-hydrogne de latome de carbone suivant, formant une double liaison la fn de la chane de polymre. Parfois, llectron non appari la fn dune chane en croissance sapparie avec un lectron dune liaison carbone-hydrogne le long dune autre chane de polymre. Cela commence une nouvelle chane qui crot partir du milieu de la chane princi-pale. Cela est appel le transfert de chane au polymre et le rsultat est un polymre ramif. Cest particulirement un problme avec le polythylne; un tel point que le polythylne non ramif, linaire ne peut pas tre fabriqu par la polymrisation de radical libre.Lesproduitsdepolymrisationsontnombreuxetontbeaucoupdutilisations.Ils incluent des rsines phnoliques, des rsines alkydes, des polyamides, du polyester, des mousses lastiques, des polymres de silicium, des isocyanate de polymres, des rsines dpoxyde, des adhsifs, des revtements, du polythylne, des polymres devinyleetdespolymresacryliques(pourlindustriedelapeinture)pournen mentionner que quelques-uns. 2.2.1.3. Polymrisation en mulsionLapolymrisationenmulsionestuntypedepolymrisationderadicallibrequi commence dhabitude par une mulsion consistant deau, de monomres et dagents de surface. Le type le plus commun de polymrisation en mulsion est une mul-siondhuiledansleau,danslaquellelesgouttelettesdemonomre(lhuile)sont mulsionnes(avecdesagentsdesurface)dansunephaseaqueusecontinue.Des polymres hydrosolubles, comme certains alcools polyvinyliques ou des glycocel-luloses, peuvent aussi tre utiliss pour agir comme des mulsifants/stabilisateurs. La polymrisation en mulsion est utilise pour fabriquer plusieurs polymres com-mercialement importants. Beaucoup de ces polymres sont utiliss comme matriaux solides et doivent tre isols de la dispersion aqueuse aprs la polymrisation. Dans dautrescas,ladispersionelle-mmeestleproduitfni.Unedispersionrsultant de la polymrisation en mulsion est souvent appele latex (particulirement si tir ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 5Zdun caoutchouc synthtique) ou une mulsion (bien que lmulsion se rfre proprement parler une dispersion dun liquide dans leau). Ces mulsions trouvent des applications dans des adhsifs, des peintures, des couches de papier et textiles. Parce quils ne sont pas base de solvant, ils sont cologiques. Parmi les avantages de la polymrisation en mulsion on peut citer : Des polymres de poids molculaires levs peuvent tre faits la vitesse de polymrisation rapide.La phase aqueuse continue est un excellent conducteur de chaleur et permet la chaleur d'tre enleve du systme, ce qui permet beaucoup de mthodes de raction pour augmenter leur vitesse. Puisquelesmolculesdepolymresontcontenuesdanslesparticules,la viscosit reste prs de celle de leau et ne dpend pas du poids molculaire.Le produit fnal peut tre utilis tel quel et ne doit pas ncessairement tre chang ou trait. Parmi les inconvnients de polymrisation en mulsion on peut citer :Les agents de surface et dautres adjuvants de polymrisation restent dans le polymre ou sont diffcile enlever.Pourdespolymres(isols)secs,ledplacementd'eauestunprocessus dnergie intensif.Les polymrisations en mulsion sont dhabitude conues pour permettre une bonne conversion de monomre au polymre. Cela peut aboutir au transfert de chane si-gnifcatif au polymre.La thorie de Smith-Ewart-Harkins pour le mcanisme de polymrisation en mulsion de radical libre est rsume par les tapes suivantes :Un monomre est dispers ou mulsionn dans une solution dagent de surface et deau. Ce qui forme des gouttelettes de monomres relativement grandes dans leau. L'excs dagent de surface cre des micelles dans leau. Les petites quantits de monomres se rpandent par leau jusquaux micel-les. Unamorceurhydrosolubleestprsentdanslaphaseaqueuse,oilragit avec les monomres dans les micelles. Cela est considr comme lIntervalle de Smith-Ewart 1. La superfcie totale des micelles est beaucoup plus grande que la superfcie totaledesplusgrandesgouttelettesmonomresmoinsnombreuses;donc, lamorceur ragit habituellement dans la micelle et pas la gouttelette mono-mre. Le monomre dans la micelle se polymrise rapidement et la chane en crois-sance se termine. ce point, la micelle gonfe de monomres sest mtamor-phoseenparticuledepolymre. Quanddesgouttelettes demonomreset des particules de polymre sont prsentes dans le systme, cela est considr comme lIntervalle de Smith-Ewart 2. ur|vers|l v|rlue||e Alr|ca|re 58Plus de monomres des gouttelettes se rpandent la particule en croissance, o fnalement, plus damorceurs ragiront. Finalement,lesgouttelettesdemonomreslibresdisparaissentettousles monomres restants sont situs dans les particules. Cela est considr comme lintervalle de Smith-Ewart 3. Selon le produit et