Balances des matériaux: Distillation et mélange

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Description

Cette séance de cours porte sur les principes fondamentaux de l'équilibre des matériaux dans le domaine de l'ingénierie chimique, en mettant l'accent sur les procédés de distillation et de mélange. À l'aide d'exemples, les élèves apprennent à appliquer des équations du bilan massique pour déterminer les débits et les compositions des cours d'eau dans les opérations à l'état d'équilibre. L'instructeur explique le concept du degré d'analyse de la liberté et guide les élèves sur la résolution des problèmes de bilan de masse pour les systèmes à un et à plusieurs unités.

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Concepts associés (125)

thumb|200px|Une colonne à distiller au musée Stella Matutina de Saint-Leu, à La Réunion. La distillation est un procédé de séparation de mélange de substances liquides dont les températures d'ébullition sont différentes. Elle permet de séparer les constituants d'un mélange homogène. Sous l'effet de la chaleur ou d'une faible pression (loi des gaz parfaits), les substances se vaporisent successivement, et la vapeur obtenue est liquéfiée pour donner le distillat.

La distillation du pétrole comprend deux procédés distincts : la distillation atmosphérique et la distillation sous vide. La distillation atmosphérique est un procédé de distillation qui consiste à séparer les unes des autres les fractions d'hydrocarbures contenues dans le pétrole brut. C'est la première étape du raffinage du pétrole, et les toutes premières raffineries de pétrole se résumaient à peu près à une colonne de distillation. Son fonctionnement est fondé sur la différence des températures d'ébullition de chacun des produits purs contenus dans le pétrole.

thumb|Matériel de distillation azéotropique. En chimie, la distillation azéotropique est un ensemble de techniques employées pour casser un azéotrope pour la distillation. En génie chimique, la distillation azéotropique consiste habituellement à ajouter un autre composant, pour produire un nouvel azéotrope hétérogène à basse température d’ébullition, comme l'exemple ci-dessous avec l'addition de benzène à un mélange d’eau et d'éthanol. Une distillation azéotropique courante est celle de la solution eau/éthanol.

La distillation fractionnée, aussi appelée rectification, est un procédé de séparation par fractionnement. Son but est de séparer les différents constituants d’un mélange de liquides miscibles, possédant des températures d’ébullition différentes. Pour cela, elle exploite le même principe que la distillation classique mais se distingue par l'utilisation d'une colonne de séparation, qui permet une meilleure discrimination des constituants du mélange. Un ballon rond, contenant le mélange de liquides à séparer.

Une opération unitaire est une subdivision d'un procédé industriel qui consiste en général en une opération physique ou chimique. C'est une opération où est réalisée une seule transformation chimique ou l’extraction d’un constituant d’une solution par une seconde phase (liquide ou gazeuse) ou la séparation physique de constituants d’un mélange (distillation d’un mélange liquide) ou d’une suspension (par exemple la filtration) On peut classer les opérations unitaires en trois grandes classes : préparation, conditionnement et acheminement des matières premières (réactifs) ; transformation chimique des réactifs en produits ; séparation, purification et conditionnement des produits.