Génie des procédés

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Le génie chimique, ou génie des procédés, désigne l'application de la chimie à l'industrie. Elle a pour but la détermination de l'avancement, du dimensionnement et des conditions opératoires qui doivent assurer la gestion des réactions chimiques industrielles tout au long de leur déroulement. Les méthodes utilisées dans un laboratoire ne sont souvent pas adaptées à la production industrielle, notamment d'un point de vue économique. C'est pourquoi l'ingénieur est appelé à utiliser son savoir-faire pour mieux adapter ce changement de dimension. Afin d'atteindre les performances requises, un contrôle permanent de différents paramètres tels que la température, la pression, la concentration, le débit, etc. est nécessaire, sans oublier la maîtrise de la sécurité et le respect de l'environnement.

[modifier] Notion d'opérations unitaires

De la matière première au conditionnement du produit fini, toute production chimique fait appel, quelle que soit l’échelle, à une suite coordonnée d’opérations fondamentales distinctes et indépendantes du procédé lui-même que l’on appelle opérations unitaires. Tout procédé peut se ramener à une combinaison d’un nombre restreint d’opérations unitaires.

Les grandes étapes d’une fabrication sont généralement les suivantes :

préparation, conditionnement et acheminement des matières premières (réactifs) ;
transformation chimique des réactifs en produits ;
séparation, purification et conditionnement des produits.

Voici une liste d'opérations unitaires :

Transport de fluides / transfert thermique sur des fluides :
- Ecoulements : pompage, mesure, stockage
- Mélange : agitation, turbulence
- Transfert : thermique
- Changement de phase : évaporation, condensation, fusion, cristallisation, sublimation

Matière divisée :
- Réduction de taille typique des objets : broyage, dispersion, gouttes/bulles
- Augmentation de taille typique des objets : frittage, agrégation, enrobage, coalescence
- Transport : d’une suspension, émulsion ou brouillard
- Perméation : lit fixe, lit fluidisé, chromatographie, percolation
- Séparation liquide/solide : sédimentation, tamisage, filtration, centrifugation
- Séparation gaz/solide : cyclone

Fractionnement de mélanges moléculaires :
- Par transfert : distillation, extraction, absorption, échange d’ions, sublimation, condensation fractionnée, cristallisation, fusion fractionnée
- Par transport : électromigration, électrophorèse, diffusion, sédimentation

[modifier] Les bilans

Les bilans permettent de déterminer les différents paramètres liés aux opérations unitaires. Les bilans peuvent être : de matière, d’énergie, d’information, …

On distingue les bilans :

Totaux : conservation de la matière et de l’énergie, quelles que soient leurs formes
Partiels : pour chaque espèce chimique et pour chaque forme d’énergie (thermique, mécanique, chimique, …)

Pour pouvoir effectuer un bilan, il faut définir les limites du système sur lequel on veut travailler. Puis on détermine les flux de matière (entrée, sortie) ainsi que les réactions (création, destruction). La somme de ces différents éléments donne le terme Accumulation qui consiste en la variation (qui peut être nulle) de la quantité sur laquelle on effectue le bilan dans les limites définies du système.

Entrée + Création - Sortie - Destruction = Accumulation

[modifier] Domaines d'application

Les méthodes du génie des procédés s’appliquent à toutes les industries transformant la matière.

Le génie chimique ou génie des procédés s'intègre dans les secteurs suivants :

laboratoire de contrôle de qualité ;
industries chimique et para-chimique ;
industrie pharmaceutique ;
industries pétrolière et pétrochimique (blending);
ingénierie et industries d'équipement ;
environnement : traitement de l'eau, de l'air, des déchets ;
industrie agro-alimentaire et bio-industries ;
industries diverses : métallurgie, textile, caoutchouc, verre, papier, …

[modifier] Bibliographie

« Principes fondamentaux du génie des procédés et de la technologie chimique », Henri Fauduet, Librairie Lavoisier, TEC & DOC
« Génie Chimique - Aide mémoire », Emilian Koller, L'usine nouvelle, Dunod
« Perry's chemical engineers' handbook », Robert H. Perry, Don Green, McGraw-Hill
« Opérations unitaires du Génie Chimique », Marc Loncin, Dunod
« Génie de la Réaction Chimique », Jacques Villermaux, TEC & DOC
« Chemical engineering. Volume 2 : Particle technology and separation processes », COULSON J. M. , RICHARDSON J. F. , BACKHURST J. R.
« Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics », Smith , Van Ness , Abbott , McGraw-Hill;
HARKER J. H.- New York : Pergamon Press , 1991, xxvi+968pp.

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