Chimie Industrielle

1.
3 – L’industrie Chimique
L’industrie chimique peut aussi être subdivisée suivant le type de

matières premières principales et/ou le type de produits principaux fabriqués.
Il existe donc :
les industries de les industries de

chimie inorganique industrielle chimie organique industrielle.
Elles extractent les substances chimiques Les industries lourdes produisent les
inorganiques, fabriquent des composites à carburants à base de pétrole, les polymères,
partir de ces substances, mais les produits pétrochimiques et autres matières
synthétisent aussi des produits synthétiques, principalement à partir du
inorganiques. pétrole.
1.3.1 – La structure de l’industrie mondiale
Produits de grandes valeurs et

Produits de faibles valeurs.
On peut maintenant décrire la

structure de l’industrie chimique
mondiale.
1.3.1.1 - Produits chimiques banalisés :
 L’industrie chimique mondiale est fondée sur Comme ils sont produits directement à partir de ressources
les produits chimiques inorganiques de base naturelles ou des dérivés immédiats des ressources
(BIC) et les produits chimiques organiques naturelles, ils sont produits en grande quantité.
de base (BOC) et leurs intermédiaires.
 Dans les 10 premiers BIC, Acide sulfurique, Diazote, Dioxygène, Ammoniac, Chaux, Hydroxyde de
la plupart du temps, sodium, Acide phosphorique et Dichlore
dominent :
Il est utilisé dans la fabrication des engrais, des polymères, des
 L’acide sulfurique est toujours numéro médicaments, des peintures, des détergents et du papier. Egalement
1 : le raffinage du pétrole, en métallurgie et dans de nombreux autres
procédés.
 Le rang élevé de l’oxygène : Il s’explique par le fait qu’il est utilisé dans l’industrie de l’acier.
 L’éthylène et le propylène sont Les produits chimiques banalisés sont donc définis comme produits de
parmi les 10 premiers des BOC. faible valeur, produits en grande quantité principalement par procédés
continus.
 BIC et BOC font référence aux Ils sont utilisés dans la production de nombreux produits chimiques
produits chimiques industriels ou organiques incluant les polymères.
banalisés.
1.4 – Matières premières pour l’industrie chimique
L’atmosphère est le champ au-dessus du sol. C’est la source d’air à partir de

 Les matières premières laquelle six gaz industriels, N2, O2, Ne, Ar, Kr et Xe, sont fabriqués. La
de l’atmosphère masse de l’atmosphère terrestre est approximativement 5 x 1015 tonnes si
bien que l’approvisionnement en gaz est illimité.
 Les matières premières L’eau de l’océan qui s’élève à 1,5 x 1021 litres contient environ 3,5 % en
de l’hydrosphère masse de matière dissoute. L’eau de mer est une bonne source de chlorure
de sodium, de magnésium et de brome.
La grande majorité des éléments sont obtenus à partir de la croûte

 Les matières premières terrestre sous la forme de minerais minéraux, de carbone et
de la lithosphère d’hydrocarbures. Le charbon, le gaz naturel et le pétrole brut en plus
d’être des sources d’énergie sont aussi convertis en des milliers de
produits chimiques.
La végétation et les animaux contribuent aux matières premières pour ce qui est
 La matière première
appelé les agro-industries. Les huiles, les graisses, les paraffines, les fibres
de la biosphère naturels et le cuir sont des exemples des milliers de produits naturels.
1.5.1 – Les unités qui constituent un processus chimique
 de réactions chimiques telles que la synthèse, la calcination,

l’échange d’ions, l’électrolyse, l’oxydation, l’hydratation,….
Un processus chimique  et les opérations basées sur les phénomènes physiques telles
consiste en une que l’évaporation, la cristallisation, la distillation et l’extraction,
combinaison : …
 de n’importe quelle simple unité de traitement ou une
combinaison d’unités de traitement utilisées pour la conversion
de matière première à travers n’importe quelle combinaison de
traitement physique ou chimique pour la changer en produit
fini.
1.5.1.1 - Unité de procédé
Les unités de procédé sont les transformations ou les conversions chimiques

qui sont réalisées dans un processus.
1.5.1.2 - Unité d’opérations

Cependant, chacun peut être divisé en une série d’étapes
appelées unité d’opérations. Elles représentent les étapes de
Il existe de nombreux types de traitement physique lesquels sont utile pour :
processus chimiques qui constituent
 mettre la matière première dans une forme qui peut
l’industrie chimique mondiale : réagir chimiquement
 mettre le produit dans une forme adéquate pour le
marché
1.5 – Schéma de procédés
On l’utilise pour montrer les séquences

Un schéma de procédé est la carte routière du d’équipement et les unités d’opération dans son
procédé, lequel donne une grande quantité ensemble pour simplifier la visualisation des
d’informations dans un petit espace. procédures de fabrication et pour indiquer les
quantités de matière et d’énergie transférées.
Un schéma de procédé n’est pas un schéma à l’échelle, mais il :
 Illustre les étapes de processus chimiques dans leur séquence propre et logique
 Donne suffisamment de détails afin qu’une interprétation mécanique puisse être faite
Deux types de schéma de procédés sont communément utilisés :
le schéma de fabrication et le schéma des variables opératoires.

Les unités d’opérations en tant que transformations physiques sont nombreuses et
impliquent la fragmentation, le grossissement et la séparation des mélanges.
Nous allons ici considérer leurs principes d’exploitation d’équipements
et leurs applications dans l’industrie chimique.
La fragmentation fait référence à toutes les manières dont les particules sont coupées ou cassées en
petits morceaux.
Le but est de produire de petites particules à partir de grosses particules pour n’importe laquelle des
raisons suivantes :
2.1.2.1 – Buts du grossissement
1) Réduire les pertes de poussière;

2) Réduire les manipulations dangereuses, particulièrement en respect des poudres irritantes et infectes;
3) Rendre les particules non agglomérantes;
2.1.3.1. La séparation magnétique
Trois produits peuvent être obtenus pendant la séparation magnétique et sont :

 Un produit fortement magnétique;
 Un produit faiblement magnétique (les mixtes);
 Un produit non magnétique (le résidu).
La séparation est menée soit à sec en utilisant des électro-aimants à courroies ou des séparateurs
magnétiques à tambour. Cette technologie est appliquée dans la préparation des minerais minéraux,
comme nous le verrons dans l’unité 4.
2.1.3.2. Flottation par moussage
Ceci est un procédé de technologie de séparation solide-liquide

qui utilise les différences de mouillabilité de divers matériaux tels que les minerais minéraux.
2.1.3.3. Distillation fractionnée
La distillation est utilisée pour séparer un mélange de liquides miscibles

lesquels ont des volatilités différentes.
La distillation industrielle fractionnée est menée dans des colonnes à distillation aussi appelées des
tours à distillation. Elles sont comme de nombreux alambics de distillation empilés ensemble
verticalement.
V.3 – Chimie - Thermodynamique
 Rappel : oxydation du méthanol par l’air en phase gazeuse (catalyseur)
 Composition du mélange méthanol-air: en dehors des limites d’explosivité
2 types de procédés :
% méthanol (volume)
0 LIE LSE 100

(6,7 %) (36,5 %)
Zone d’explosivité
V.3.1 – Composition supérieure à la LSE
 Catalyseurs à base d’argent

 Procédés d ’oxydation partielle du méthanol
Ag
 Réactions : CH3OH HCHO + H2
700 °C
H2 + 1/2 O2 H2O
 Données thermodynamiques (kJ/mol) : Accueil
DG° (25 °C) DHR° (25 °C) DG (700 °C) DHR (700 °C)
CH3OH HCHO + H2 (1) 53 85 -32 92
H2 + 1/2 O2 H2O (2) -229 -242 -193 -248
o T -> on favorise la réaction principale
o Réaction principale endothermique -> compensée par (2), exoT
o Réglage de l ’apport d ’air -> procédé pratiquement isotherme.
 Vitesse de production de CH3OH = f(CO2, temps de séjour sur le catalyseur)
 Apports d’eau et de N2 possibles
 La vapeur d’eau prolonge la durée de vie du catalyseur et donc la conversion

V.3.2 – Composition inférieure à la LIE
 Ce procédé met en œuvre des catalyseurs à base d ’oxydes de molybdène et de fer
dopage : composés de V, Cr, Co, Ni, Mn … pour :
augmenter sélectivité, résistance à l’écrasement, à l’attrition …
 Procédé d ’oxydation totale du méthanol
Fe2O3 - MoO3
 Réaction : CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O
400 °C
 DHR < O (DHR400 °C = - 155 kJ/mol)
 Avantage de ce procédé :
o Ne nécessite pas de température élevée -> catalyseur sélectif
o T voisine de 300 – 400 °C
 Inconvénients du procédé :
o Exothermicité de la réaction non compensée
-> technologie en lit fixe tubulaire ou lit fluidisé
o Grand volume de gaz à véhiculer (air en grand excès par rapport à CH 3OH
o Formation de HCOOH -> traitement sur une résine échangeuse d’ions

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L’industrie chimique peut aussi être subdivisée suivant le type de

les industries de les industries de

Produits de grandes valeurs et

On peut maintenant décrire la

L’atmosphère est le champ au-dessus du sol. C’est la source d’air à partir de

La grande majorité des éléments sont obtenus à partir de la croûte

 de réactions chimiques telles que la synthèse, la calcination,

Les unités de procédé sont les transformations ou les conversions chimiques

1.5.1.2 - Unité d’opérations

On l’utilise pour montrer les séquences

Un schéma de procédé n’est pas un schéma à l’échelle, mais il :

Deux types de schéma de procédés sont communément utilisés :

le schéma de fabrication et le schéma des variables opératoires.

2.1.2.1 – Buts du grossissement

1) Réduire les pertes de poussière;

Trois produits peuvent être obtenus pendant la séparation magnétique et sont :

2.1.3.2. Flottation par moussage

Ceci est un procédé de technologie de séparation solide-liquide

2.1.3.3. Distillation fractionnée

La distillation est utilisée pour séparer un mélange de liquides miscibles

 Rappel : oxydation du méthanol par l’air en phase gazeuse (catalyseur)

 Composition du mélange méthanol-air: en dehors des limites d’explosivité

0 LIE LSE 100

V.3.1 – Composition supérieure à la LSE

 Catalyseurs à base d’argent

CH3OH HCHO + H2 (1) 53 85 -32 92

H2 + 1/2 O2 H2O (2) -229 -242 -193 -248

o T -> on favorise la réaction principale

o Réaction principale endothermique -> compensée par (2), exoT

o Réglage de l ’apport d ’air -> procédé pratiquement isotherme.

 Vitesse de production de CH3OH = f(CO2, temps de séjour sur le catalyseur)

 Apports d’eau et de N2 possibles

 La vapeur d’eau prolonge la durée de vie du catalyseur et donc la conversion

 DHR < O (DHR400 °C = - 155 kJ/mol)

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