Procédés Industriels
Du laboratoire à l'usine : comprendre les procédés industriels et leur optimisation.
Objectifs du Chapitre
I. Bilans
1.1 Bilan matière
En régime permanent (stationnaire), l'accumulation est nulle : ΣṁE = ΣṁS
Exemple : Mélangeur avec 2 entrées (A: 100 kg/h, B: 50 kg/h) → Sortie = 150 kg/h
1.2 Bilan énergétique
Puissance thermique (W ou kW)
Chaleur massique (J/kg·K)
Variation température (K)
1.3 Rendement
Taux de conversion
Fraction du réactif transformé
Rendement
II. Opérations Unitaires
2.1 Séparation mécanique
Filtration
Séparation solide/liquide par un milieu poreux. Pression motrice : gravité, pression, vide.
Centrifugation
Séparation par force centrifuge. F = mω²r. Plus rapide que la sédimentation.
Décantation
Séparation par gravité de phases non miscibles (solide/liquide ou liquide/liquide).
Tamisage
Séparation de solides par taille. Classification granulométrique.
2.2 Transfert de matière
Distillation
Séparation par différence de volatilité. Colonne à plateaux ou garnissage. α = volatilité relative.
Extraction liquide-liquide
Transfert d'un soluté entre deux phases non miscibles. Coefficient de partage K.
Absorption
Transfert gaz → liquide. Ex: capture CO₂, lavage de gaz acides.
Adsorption
Fixation sur surface solide (charbon actif, zéolithes). Purification, séparation.
2.3 Séchage et évaporation
Séchage
Élimination de l'eau d'un solide. Étuve, spray-dryer, lyophilisation.
Évaporation
Concentration d'une solution par ébullition du solvant. Simple ou multiple effet.
III. Transferts Thermiques
| Mode | Mécanisme | Équation |
|---|---|---|
| Conduction | À travers un solide | Φ = λ × S × ΔT / e |
| Convection | Fluide en mouvement | Φ = h × S × ΔT |
| Rayonnement | Ondes EM (IR) | Φ = ε × σ × S × T⁴ |
Échangeurs de chaleur
Coefficient global (W/m²·K)
Surface d'échange (m²)
Écart moyen logarithmique
Contre-courant plus efficace (ΔTml plus élevé). Permet d'atteindre des températures de sortie croisées.
IV. Sécurité Industrielle
4.1 Risques principaux
🔥 Incendie / Explosion
Triangle du feu : combustible + comburant + énergie. LIE et LSE (limites d'explosivité).
☠️ Toxicité
VME (Valeur Moyenne d'Exposition), VLE (Valeur Limite d'Exposition). Ventilation, EPI.
⚡ Surpression
Rupture d'équipement. Soupapes de sécurité, disques de rupture.
🌡️ Emballement thermique
Réaction exothermique incontrôlée. Refroidissement de secours, inhibiteurs.
4.2 Études de danger
HAZOP (Hazard and Operability Study)
Analyse systématique des déviations (mots-clés : NO, MORE, LESS, REVERSE...).
AMDEC
Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et Criticité. Cotation du risque.
