Introduction  au  GENIE CHIMIQUE

I. Définitions  " Génie " : du mot " ingénieur ", désigne l’acte de création industrielle dans lequel l’ingénieur intervient en concevant, bâtissant ou utilisant un appareil pour y fabriquer des produits utilisables dans la société. En anglais : " engineering ".  " Chimie " : science des propriétés des corps, de leurs interactions et de leurs transformations. Angl. : " chemistry ". " Procédé " : du latin " procederer " (aller de l’avant), indique la méthode à suivre pour obtenir un produit, c’est-à-dire transposer un mode opératoire de laboratoire en termes industriels. Angl. : " process ". Génie chimique = l’art de la conception, de la construction, de l’installation et du fonctionnement des unités dans lesquelles la matière subit des transformations physico-chimiques.  Le génie chimique fait appel à un vaste domaine de connaissances en : chimie, physique pure, électricité, mécanique appliquée, techniques (automatisation, régulation, informatique appliquée)…, auquel il faut rajouter des domaines tels que : problèmes économiques (prix de revient) ; problèmes d’hygiène, de sécurité et d’environnement… Le génie des procédés est l’extension, à d’autres industries que l’industrie chimique, des méthodes élaborées par le génie chimique. On peut donc définir le génie des procédés comme " l’ensemble des connaissances relatives à la conception et à la mise en œuvre des procédés industriels de transformation de la matière ".

Tout procédé industriel peut se ramener à une combinaison logique d’un nombre restreint d’unités d’opérations physiques telles que broyage, filtration, distillation, absorption, séchage… que l’on appelle opérations unitaires.
Les opérations unitaires sont donc les opérations élémentaires individuelles mises en œuvre dans l’industrialisation d’un procédé.
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.

D’où une première classification des opérations unitaires envisageables (liste non exhaustive) :

Préparation et acheminement des matières premières :

• broyage, classement des solides ;
• transport des solides ;
• déplacement des liquides ;
• transport des gaz (compression, mise sous vide) ;

Transformation chimique des réactifs en produits :

• homogénéisation des mélanges (agitation) ;
• réaction chimique (dans un réacteur) ;
• transferts de chaleur ;

Séparation et purification des produits :

• concentration, cristallisation ;
• décantation ; filtration ; centrifugation (cas d’un mélange solide + liquide) ;
• rectification (distillation) ;
• extraction par solvant ;
• séchage.

Une opération discontinue s’effectue en système fermé (batch process) :
On opère sur un lot de réactif que l’on traite en faisant succéder chronologiquement les différentes étapes prévues.
Domaines d’application :

• laboratoire ;
• petites fabrications ;
• élaboration ou séparation de produits à forte valeur ajoutée.

Avantages :

• appareillage polyvalent, charges faibles ;
• pas de problème de circulation de certaines matières (pâtes) ;
• parfois rendements plus élevés.

Inconvénients :

• coût énergétique élevé (chauffage et refroidissement pour chaque charge) ;
• temps morts (remplissage, soutirage, refroidissement…)
• besoin élevé en personnel (manutention, surveillance…)
• qualité de production pouvant évoluer dans le temps ;
• coût de production élevé.

Une opération continue s’effectue en système ouvert ou "à courants" (flow process) :
Les réactifs ("influents") sont introduits en continu dans l’appareil avec des débits déterminés. Les produits ("effluents") sont récupérés en continu, de telle sorte que l’appareil contienne toujours la même masse réactionnelle.
Si les valeurs des différents paramètres (pression, température, composition…) en un point quelconque de l’appareil sont constants, on dit que le régime stationnaire (ou permanent) est atteint.
Ce type d’opération s’utilise dans les productions importantes à débouchés constants .

Avantages :

• qualité de production constante ;
• coût de production inférieur à celui d’une opération discontinue ;
• besoins réduits en personnel ;
• plus grande sécurité et meilleurs conditions sanitaires (automatisation et pilotage déporté de l’installation).

Inconvénients :

• investissements élevés (notamment pour contrôles et régulations) ;
• nécessité d’une régularité dans la qualité des matières premières ;
• spécificité de l’appareillage.

^* Bibliographie : " Principes fondamentaux du génie des procédés et de la technologie chimique " - Henri Fauduet – Librairie Lavoisier – TEC & DOC

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