Le Génie des Procédés

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1 STAGE DE PROFESSEURS DE CLASSES PREPARATOIRES Proposé par CPE Lyon Mai 2012 Le Génie des Procédés Le génie chimique, ou génie des procédés, désigne l'application de la chimie à l'échelle industrielle. Elle a pour but la transformation de la matière dans un cadre industriel et consiste en la conception, le dimensionnement et le fonctionnement d'un procédé comportant une ou plusieurs transformations chimiques et/ou physiques. Les élèves découvrent en école d ingénieurs cette discipline et ils mettent en application notamment leurs connaissances en thermodynamique et mécanique des fluides, afin de transposer les réactions qu ils ont l habitude de faire au laboratoire à l échelle industrielle. L école formant des ingénieurs chimistes généraliste dispense depuis toujours des enseignements en génie des procédé aussi bien théorique que pratique. Elle dispose pour cela d un hall de génie des procédés avec plusieurs colonnes de distillation (de 3 à 4 m de hauteur) mais aussi des colonnes à garnissage, des groupes frigorifiques, des échangeurs de chaleur, des bancs d essais de pompe. De plus, l école a ouvert, il y a 4 ans, une majeure de dernière année en Génie des Procédés pour répondre aux besoins croissants du marché du travail et renforcer les enseignements dans cette discipline. La formation proposée ici est axée sur trois thématiques du génie des procédés : - Thermodynamique et distillation - Mécanique des fluides - Industrialisation des procédés Pour chaque thématique, des rappels théoriques seront abordés puis illustrés par des exemples d applications (travaux pratiques ).

2 9 Mai après-midi Thermodynamique et Distillation Description : Donner les bases nécessaires à la compréhension de la distillation, quand on fait l hypothèse de l équilibre thermodynamique sur les étages de contact liquide vapeur d une colonne à distiller. Plan de l exposé: 1/ Volatilité absolue - Définition du coefficient d équilibre - Lien avec les températures d ébullition et les pressions de vapeur saturante des constituants - Références de calcul des volatilités absolues o Gaz parfait pour la phase vapeur o Solutions idéales pour la phase liquide o Loi de Raoult o Correctifs à appliquer dans le cas des gaz réels et des solutions non idéales 2/ Volatilité relative - Définition - Constance - Lentilles d équilibre des mélanges binaires - Approches théoriques et expérimentales 3/ Enthalpies des constituants légers et lourds - Hypothèse de LEWIS - Conséquences sur les trafics liquides et vapeurs dans une colonne à distiller - Définition des zones de rectification et d épuisement dans une colonne à distiller 4/ Bilans matière dans les zones de rectification et d épuisement - Equations - Résolution graphique: méthode de Mac Cabe et Thiele 5/ Application et Travaux pratiques sur une colonne à distiller - Prise en main de l installation-règles de sécurité - Démarrage de la colonne - Détermination du nombre de plateaux théoriques par la méthode de Mac Cabe et Thiele - Détermination des pertes thermiques de l installation - Arrêt de la colonne

3 10 Mai matin Mécanique des fluides Description : Les méthodes utilisées en laboratoire pour la transformation de la matière ne sont souvent pas adaptées à la production industrielle d un point de vue économique et technique. Les ingénieurs en génie chimique utilisent des lois et des corrélations issues de diverses disciplines (transformations de la matière, phénomènes de transports et de transferts de matière, d énergie et de quantité de mouvement) afin d assurer la transposition d une synthèse à l échelle industrielle dans le respect des contraintes économiques, techniques, environnementales et de sécurité. La mécanique des fluides appliquée à l industrie chimique n est qu une partie des disciplines permettant d effectuer cette extrapolation à l échelle industrielle, mais elle n en est pas moins fondamentale. Nous vous proposons ici une double approche fondée sur une partie théorique permettant un raisonnement sur la notion de «Bilan» et une partie pratique sur des unités de taille «pilote». Plan de l exposé : I. Introduction Intérêt et exemple de la mécanique des fluides en industrie Rappel sur les équations fondamentales de la dynamique II. Calcul de perte de charge Technique simple de calcul des pertes de charge régulière et singulière Applications : - mesure d une perte de charge régulière : influence du diamètre de conduite, du débit volumique et de la rugosité du matériau. - mesure de la perte de charge à transfert un orifice. III. Dimensionnement d une pompe Présentation des pompes centrifuges et volumétriques. Caractérisation et dimensionnement d une pompe centrifuge. Phénomènes de cavitation Applications : - Caractéristique d une pompe - Association de pompe en série ou en parallèle. IV. Application à des cas plus complexe - Cas des fluides compressibles - Cas des fluides non newtoniens

4 10 Mai après midi Transposition d une réaction à l échelle industrielle Plan de l exposé : I. Contexte «Recette» de laboratoire Objectif industriel II. Représentations schématiques d un procédé de synthèse chimique Schéma bloc de laboratoire Schéma bloc industriel Schéma de procédé III. Etapes de l industrialisation Analyse, bilan et critique des données du protocole de laboratoire Etablissement du schéma bloc et des bilans industriels Dimensionnement, évaluation économique et optimisation du procédé industriel Dossiers de qualification Démarrage, suivi IV. Rôles des acteurs et services responsables Le chef de projet Les laboratoires Les services fonctionnels V. Conclusions Complémentarité des compétences Optimisation des contraintes scientifiques, techniques, économiques

5 11 Mai Matin : Visite de la société MERIAL