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Génie chimique, génie des procédés

Le génie chimique 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. Afin d'atteindre les performances requises, un contrôle permanent de différents paramètres tels que la température, la pression, la concentration, le débit, etc. sont nécessaires.

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)…, auxquelles il faut rajouter des compétences en

• 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.

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 un 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 / transfert thermique sur des fluides :
  • Ecoulements : pompage, mesurage, stockage
  • Mélangeage : agitation, turbulence
  • Transfert : thermique
  • Changement de phase : évaporation, condensation, fusion, cristallisation, sublimation

• Matière divisée :
  • Réduction : broyage, dispersion, gouttes/bulles
  • Augmentation : frittage, agrégation, enrobage, coalescence
  • Transport : d’une suspension, émulsion ou brouillard
  • Perméation : lit fixe, lit fluidisé, chromatographie, percolation
  • Fractionnement : sédimentation, tamisage, filtration, centrifugation

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

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, …)

Schéma du bilan :

Où trouver des génies chimistes

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

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

• laboratoire de contrôle qualite
• industries chimique et para-chimique;
• industrie pharmaceutique;
• industries pétrolière et pétrochimique;
• ingénierie et industries d'équipement;
• environnement : traitement de l'eau, de l'air, des déchets;
• industrie agroalimentaire et bio-industrie;
• industries diverses : métallurgie, textile, caoutchouc, verre, papier…

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 - Mc Graw Hill