Génie des procédés thermiques
Le domaine du génie des procédés thermiques s’applique à la séparation. Dans les mélanges comprenant au moins deux composants, la composition du mélange (concentration) est modifiée sélectivement par des transferts de masse et d’énergie.
Introduction "Génie des procédés thermiques"
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En règle générale, le terme séchage désigne la séparation de l’humidité des matières solides, des gaz ou des liquides.
Dans le domaine du génie des procédés thermiques, l’évaporation concerne la séparation du solvant en solution.
Séchage et évaporation
Enregistrement des courbes de séchage pour les matières solides granulées
Contenu didactique/essais
- influence de la température et de l’humidité de l’air sur la vitesse de séchage
- enregistrement des courbes de séchage avec conditions extérieures constantes
- détermination de la vitesse de séchage en fonction des propriétés de l’air et des matières solides à sécher
- évaluation des processus de séchage par bilans énergie et masse
Concentration de solutions sensibles à la température
Contenu didactique/essais
- principe de base de l’évaporation à couche pour l’augmentation de la concentration de solutions sensibles à la température
- étude des variables influant sur la concentration des matières solides de la solution concentrée
- influence de la pression et du débit de l’alimentation sur le processus de séparation
- influence du débit et de la pression de la vapeur de chauffe sur le processus de séparation
- étude des variables opératoires sur l’efficacité énergétique du processus
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La distillation est une opération unitaire permettant de séparer les mélanges de liquides. On utilise pour la séparation les différentes volatilités des composants du mélange.
La rectification est une forme d’application de la distillation. Elle est utilisée par exemple pour le fractionnement du pétrole. En pratique, cette distillation à plusieurs étapes est effectuée dans une colonne sous forme de distillation à contre-courant (rectification).
Distillation / rectification
Rectification continue et discontinue avec colonne à garnissage, colonne à plateaux perforés et colonne à plateaux à cloches, commande de l’installation via l’API
Contenu didactique/essais
- étude et comparaison d’une colonne à plateaux perforés, d’une colonne à plateaux à cloches et d’une colonne à garnissage
- en fonctionnement continu
- en fonctionnement discontinu
- en fonctionnement sous vide
- avec l’alimentation à différentes hauteurs
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Comparaison d’une colonne à garnissage et d’une colonne à plateaux perforés lors de la rectification
Contenu didactique/essais
- étude et comparaison d’une colonne à plateaux perforés et d’une colonne à garnissage
- en fonctionnement discontinu
- en fonctionnement sous vide
- avec différents taux de reflux
- avec nombre de plateaux différent
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Rectification continue commandée par API avec colonne à garnissage et colonne à plateaux perforés
Contenu didactique/essais
- étude et comparaison d’une colonne à plateaux perforés et d’une colonne à garnissage
- en fonctionnement continu
- avec différentes pressions
- avec différents taux de reflux
- avec différentes hauteurs d’alimentation
….
L’absorption sert à la séparation d’un ou plusieurs composants gazeux d’un flux de gaz à l’aide d’un solvant.
L’adsorption sert à la séparation des différents composants d’un mélange gazeux ou liquide. Le composant à séparer est lié physiquement ou chimiquement à la surface du solide.
Absorption et adsorption
Séparation d’un mélange dioxyde de carbone-air par absorption à contre-courant
Contenu didactique/essais
- étude de l’absorption lors de la séparation de mélanges gazeux dans une colonne à garnissage
- détermination des pertes de pression dans la colonne
- représentation de l’absorption dans le diagramme d’équilibre
- étude des grandeurs d’influence sur l’effectivité de l’absorption
Séparation d’un mélange dioxyde de carbone-air par absorption à contre-courant; commande de l'installation via API avec enregistrement des données
Contenu didactique/essais
- étude d’un processus de séparation avec absorption et régénération
- absorption d’un composant gazeux dans une colonne à garnissage à contre-courant
- détermination des pertes de charge dans la colonne
- représentation du processus d’absorption dans le diagramme d’équilibre
- étude des grandeurs d’influence sur l’absorption
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Séparation de l'oxygène d'un flux d'air par absorption dans une colonne à film tombant
Contenu didactique/essais
- étude du processus d’absorption lors de la séparation de l’oxygène d’un écoulement d’air dans une colonne à film tombant
- bilan du processus
- détermination du coefficient de transfert de masse en fonction de
- débit volumétrique d’air
- débit de solvant eau
….
Principe de base de l'adsorption et de la désorption
Contenu didactique/essais
- principe de base de l’adsorption et de la désorption
- étude des paramètres influant sur le processus d’adsorption et de désorption
- débits d’air
- humidité et température de l’air
- hauteur de la couche d’adsorbant
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Adsorption de matières dissoutes sur du charbon actif
Contenu didactique/essais
- enregistrement des profils de concentration
- enregistrement des courbes de perçage
- relation entre des profils de concentration et des courbes de perçage
- détermination de la zone de transfert de masse
- bilan de masse d’un adsorbeur
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Principe de base de l'adsorption à pression modulée (APM) pour la production de l'azote de l'air
Contenu didactique/essais
- production continue d’azote de haute pureté
- se familiariser avec les différentes étapes d’une adsorption à pression modulée (APM)
- adsorption
- perçage
- changement de pression
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La cristallisation est une opération unitaire du génie des procédés thermiques servant principalement à la séparation, au lavage mais aussi à la mise en forme des matières.
En comparaison avec la filtration, les procédés de séparation par membrane permettent d’éliminer de l’eau des matières beaucoup plus petites (par exemple des virus et des ions dissous). Les différences de concentration et les différences de pression entre les deux côtés de la membrane peuvent par exemple constituer des forces motrices pour la séparation.
Cristallisation et procédés de séparation par membrane
Étude du grossissement des cristaux dans un lit fluidisé
Contenu didactique/essais
- principe de base de la cristallisation par refroidissement
- étude des facteurs influant sur le grossissement des cristaux
- sursaturation
- durée de cristallisation
Procédé de séparation par membrane pour l’obtention d’un solvant à partir d’une solution saline, commande de l’installation via l’API
Contenu didactique/essais
- assemblage, nettoyage et conservation des modules à membrane
- principe de base de l’osmose inverse
- débit de perméat et capacité de rétention en fonction de
Démonstration de la séparation des gaz, membranes à fibres creuses SEPURAN® pour la production d'azote, pureté jusqu'à 99,5 %, commande de l'installation via API intégré avec acquisition des données
Contenu didactique/essais
- production d’azote par séparation des gaz
- familiarisation avec la perméation sélective à travers la surface de la membrane
- effets des paramètres sur la perte de charge dans les membranes et le facteur d’air
- réglage des paramètres du processus dans l’alimentation en air, le rétentat et le perméat
- mesure de l’oxygène résiduel dans le rétentat et le perméat
Avec l’extraction liquide-liquide, un composant sous forme liquide (soluté) peut être séparé de l’éluant par dissolution préférentielle dans un solvant.
L’extraction solide – liquide permet d’extraire par solubilisation les composants solubles de matières solides à l’aide d’un solvant.
Extraction
Séparation d’un mélange de liquides à deux composants par extraction avec un solvant
Contenu didactique/essais
- transfert dans le solvant d’un composant d’un mélange de liquides à deux composants par extraction
- transmission des résultats de bécher à l’échelle pilote
- enrichissement du soluté dans l’extrait par distillation
- évaluation des processus de séparation par la mesure de la concentration et bilans masse
- influence de variantes d’essais différentes sur les processus de séparation
Extraction continue et discontinue des composants solubles d'un mélange de matière solide
Contenu didactique/essais
- principe de base de l’extraction solide-liquide
- démonstration de l’extraction solide-liquide comme processus continu et discontinu
- étude du processus à 1, 2 et 3 étapes
- influence du débit et de la température du solvant sur le processus d’extraction
- influence du débit de matière à extraire et de la vitesse de rotation de l’extracteur sur le processus d’extraction
Le transfert de masse fait partie de différents procédés de base. Il s’agit par exemple des processus de séchage, des absorptions et des adsorptions. La description du transfert de masse s’effectue avec les différents processus de transport de matières, de manière analogue aux processus de transport de chaleur.
Transfert de masse
Application de la loi de Fick
Contenu didactique/essais
- principes de diffusion: loi de Fick
- formules de calcul pour les coefficients de diffusion, avec prise en compte des conditions expérimentales
- détermination du coefficient de diffusion pour le transport de masse dans le gaz
- détermination du coefficient de diffusion pour le transport de masse dans le liquide
Dans le domaine de la technologie alimentaire, les matières premières sont transformées en aliments sûrs, conservables et prêts à la consommation à l’aide de procédés physiques, chimiques et biologiques. Les processus centraux de la transformation des aliments sont divers procédés mécaniques tels que le broyage, le pressage et le mélange. On utilise également des procédés thermiques tels que le chauffage et le refroidissement, ainsi que des procédés biologiques tels que la fermentation et le traitement enzymatique.
Pasteurisateur à l'échelle industrielle avec de nombreuses fonctions de commande et de maintenance; commande de l’installation via l’API
Contenu didactique/essais
Apprentissage dans un environnement de type industriel pour la formation en technologie alimentaire
- fonctionnement et interventions de maintenance sur un pasteurisateur industriel
- apprentissage du fonctionnement du processus afin qu’il fonctionne toujours sans erreur
- apprentissage de la structure et du fonctionnement de l’installation
- utilisation d’un chauffage de courte durée
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Concentration de solutions sensibles à la température
Contenu didactique/essais
- principe de base de l’évaporation à couche pour l’augmentation de la concentration de solutions sensibles à la température
- étude des variables influant sur la concentration des matières solides de la solution concentrée
- influence de la pression et du débit de l’alimentation sur le processus de séparation
- influence du débit et de la pression de la vapeur de chauffe sur le processus de séparation
- étude des variables opératoires sur l’efficacité énergétique du processus
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Étude du grossissement des cristaux dans un lit fluidisé
Contenu didactique/essais
- principe de base de la cristallisation par refroidissement
- étude des facteurs influant sur le grossissement des cristaux
- sursaturation
- durée de cristallisation
Procédé de séparation par membrane pour l’obtention d’un solvant à partir d’une solution saline, commande de l’installation via l’API
Contenu didactique/essais
- assemblage, nettoyage et conservation des modules à membrane
- principe de base de l’osmose inverse
- débit de perméat et capacité de rétention en fonction de
