Circulation de fluides ou de solides

siphon

garde hydraulique, jambe barométrique

décanteur florentin

trémie, distributeur ou vanne à écluse

compresseur centrifuge ou volumétrique

pompe centrifuge en charge, en aspiration

pompe volumétrique en charge, en aspiration

pompe volumétrique à débit régulé

Stockage et respirations:

réservoir de stockage, (bac, bac test, bac tampon), à pression atmosphérique, sous pression, sous pression élevée, inerté, enterré

respiration, liebig, absorbeur, arrête-flamme

soupape, mesure de pression

pompe à vide, régulation de pression

éjecteur à vapeur

stockage de gaz liquéfié sous pression, sous pression atmosphérique

stockage de solide, silo

Echangeurs

échangeur multi-tubulaire, à plaques, coaxial, à co-courant, à contre-courant

double enveloppe de chauffage à la vapeur, double enveloppe de chauffage par fluide thermique, double enveloppe de refroidissement

réchauffeur à la vapeur

serpentin de chauffage, serpentin de refroidissement, épingle de chauffage à la vapeur

rebouilleur thermosiphon, à circulation forçée, kettle

échangeur de production de vapeur d'eau, chaudière,

condenseur à pression atmosphérique, condenseur sous vide, condenseur sous pression, condenseur avec réservoir de condensâts

aéro

condenseur à mélange

Opérations unitaires

réacteur agité, réacteur tubulaire, réacteur à faisceau tubulaire, réacteur avec catalyseur en lit fixe, en lit fluidisé, en lit circulant

colonne d'extaction liquide-liquide

mélangeur - décanteur, mélangeurs-décanteur à contre-courant, à courant croisés

colonne d'absorption, colonne d'absorption sous pression, avec refroidissement interne

colonne de désorption, avec préchauffeur ou réchauffage interne

colonne de rectification continue

colonne de rectification discontinue

évaporateur, évaporateur multiple effet à co-courant, contre-courant, en parallèle,

cristalliseur,

sécheur,

 

 

 

1 Réservoir atmosphérique avec alimentation et soutirage

Dans un réservoir de stockage à pression atmosphérique, le niveau est maintenu constant en asservissant le débit d’entrée du réactif. Le réservoir est équipé d’un niveau à tube de verre et d’une alarme de niveau haut. Le soutirage du réservoir se fait par une pompe centrifuge montée en aspiration. Le produit est inflammable.

2 Bac de stockage sous atmosphère inerte

Un réservoir contenant un produit très volatil et inflammable est maintenu sous une pression d’azote à 2.5 bar. Les vapeurs excédentaires sont envoyées vers le collecteur de gaz de torche. La pression du réservoir est enregistrée, et le niveau et le température sont indiquées. L’azote arrive sous une pression de 6 bar, et le réservoir à une pression calculée de 4 bar.

3 Echangeur thermique

Dans un échangeur tubulaire, un liquide doit être chauffé à la température de 75°C par de la vapeur 2.5 bar arrivant du côté de la calandre. Le débit du fluide est contrôlé à 3000 l/h et toutes les températures sont indiquées.

4 Condenseur

Un mélange de vapeurs condensables et de gaz inertes arrivent dans un condenseur tubulaire horizontal. L’eau froide permet de condenser totalement les vapeurs. Son débit ainsi que le débit des condensats est indiqué. Les gaz inertes sont aspirés par une pompe à vide à palettes. La pression du gaz et des vapeurs est maintenu à la valeur de 200 mmHg à l’entrée du condenseur.

5 Réacteur adiabatique

Les réactifs A et B arrivent dans le réacteur à débit contrôlé (5 t/h et 200 l/h). Un agitateur à cadre brasse le mélange réactionnel et sa vitesse de rotation est indiquée. Les réactifs non convertis et les produits sortent par le fond du réacteur en régulation de niveau avec enregistrement. Une respiration maintient le réacteur sous pression normale. Les température du haut, du milieu et du fond du réacteur sont enregistrées. Le réacteur est adiabatique.

6 Réacteur sous pression de gaz

Un réacteur assure la réaction entre un liquide et un gaz. Le gaz comprimé dans un compresseur rotatif est introduit dans le réacteur et maintenu sous une pression de 2 bars. La pression est enregistrée et le débit de liquide est contrôlé et enregistré. Compléter les éléments nécessaires au fonctionnement et à la sécurité.

7 Colonne de lavage d’un gaz

Un gaz est lavé dans un colonne par circulation à contre-courant avec de l’eau pulvérisée et ruisselant sur des anneaux Raschigs. Le débit de gaz d’alimentation, réglé par vanne papillon, est asservi à la perte de charge de la colonne. Le volume de gaz traité est comptabilisé en sortie d’installation avant rejet à l’atmosphère. L’eau de lavage sortant de l’installation est collectée dans un réservoir situé au niveau du sol

Problème n°1: Fabrication du sulfate d’ammonium

Réaliser le schéma de la fabrication du sulfate d’ammonium en suivant les consignes suivantes:
- Le sulfate est obtenu par action de l’ammoniac sur l’acide sulfurique concentré. Le précipité obtenu après refroidissement est lavé, essoré puis séché.
- L’acide sulfurique, stocké dans un réservoir (1) est envoyé dans le bac à niveau constant (2) par une pompe centrifuge en charge. Le réacteur (3) muni d’une double enveloppe de chauffage et de refroidissement reçoit 2500 litres d’acide venant de (2) à un débit de 50 litres par minute.
- L’ammoniac gazeux est alimenté via une conduite sous pression. Le débit d’ammoniac, réglé manuellement, est mesuré et enregistré. Il est coupé lorsque le pH requis est atteint dans le réacteur. Le réacteur est alors refroidit par alimentation d’eau dans la double enveloppe.
- Le précipité obtenu dans le réacteur est alors soutiré vers une essoreuse (4), puis lavé à l’eau déminée. Les eaux mères et les eaux de lavages sont stockées dans un bac de décantation (non représenté) en vue d’un recyclage.
- Le sulfate encore humide est dirigé vers un séchoir rotatif (5) chauffé à l’air chaud circulant à contre-courant. L’air est alimenté par un ventilateur (7), et chauffé par circulation de vapeur dans un serpentin intérieur au chauffeur (6). La température de l’air alimentant le séchoir est régulée. A la sortie du séchoir, le sel est acheminé vers un tamis.

Problème n°2: Séparation continue d’un mélange liquide hétérogène (Lyon 1974)

- Les vapeurs issues d’un appareil d’entraînement à la vapeur (non représenté) sont condensées et refroidies à la température ambiante par un échangeur tubulaire horizontal à eau.
- Le liquide obtenu arrive par gravité dans un décanteur constitué par un cylindre horizontal de 4m de long et 1,6 m de diamètre. Cet appareil est muni d’un réchauffage à la vapeur par épingle. Ce système est asservi à la température de sortie de la phase lourde, qui est enregistrée. Les condensats ne sont pas récupérés.
- L’alimentation se fait à 60cm du fond du bac, au niveau de l’interface. Le liquide lourd est soutiré dans le fond du décanteur et son débit est asservi au niveau d’interface. La phase lourde est envoyée à l’égout.
- La phase légère est évacuée par débordement dans un bac de stockage de 50 m3, son débit est indiqué. Ce liquide est ensuite repris en discontinu par pompe centrifuge pour être envoyé dans des camions citernes.
- Indiquez tous les moyens de contrôle et de régulation qui vous paraissent nécessaires à la bonne marche de cette installation.

Problème n°3: Rectification d’un mélange benzène acétone (Nancy 1982)

On désire séparer un mélange benzène acétone par rectification continue dans une colonne à plateaux sous pression atmosphérique. Température d’ébullition sous 1 bar: acétone 56.4°C, benzène 80.1°C.
- Le mélange benzène-acétone stocké dans un réservoir au sol est introduit au 6ème plateau de la colonne qui en comporte 16, par l’intermédiaire d’une pompe centrifuge montée en charge, après passage dans un préchauffeur tubulaire vertical chauffé par de la vapeur à 4 bars.
- Le débit d’alimentation et sa température sont régulés.
- En tête de colonne, les vapeurs sont condensées dans un échangeur tubulaire horizontal. Le reflux est fonction de la température de tête. Le distillat après refroidissement à une température contrôlée est dirigé vers un stockage au sol.
- En pied de colonne, le chauffage est assuré par un bouilleur vertical placé en thermosiphon et alimenté par de la vapeur 4 bars. Le chauffage est asservi à la perte de charge des trois premiers plateaux de la colonne.
- Le résidu soutiré en régulation de niveau est envoyé, après refroidissement par de l’eau, vers une unité de recyclage.
- On dispose d’eau brute et de vapeur saturante 4 bars. Prévoir tous les organes de mesure et de sécurité nécessaires. L’acétone et le benzène étant des solvants très inflammables, toutes les capacités seront placées sous atmosphère inerte.

Barême

 

 

 

Plan

 I Généralités sur le schéma

distribution des documents suivants:
« LES PRINCIPAUX TYPES DE SCHEMA EN GENIE CHIMIQUE »
« QUELQUES REGLES GENERALES DE REPRESENTATION EN SCHEMA »
exemple de PCF, PID et schéma de principe pour une réaction chimique
extrait de norme de schéma pour examen.
Commentaires sur ces documents
Présentation du schéma à l’épreuve d’examen: épreuve écrite sur 60 coef 3, schéma sur 18, question sur 5, étude procédé sur 37 par exemple)
Lecture de la norme et brefs commentaires (~2h)

II Manutention des liquides

Pompe centrifuge, volumétrique, à vide
Stockage et respirations
Gardes hydrauliques, décanteur continu, soutirage sous vide, monte-jus
Robinetterie / tuyauterie

III Schéma et régulation

représentation des régulations simples
représentation des alarmes
représentation des sécurités
régulation en cascade
régulation de rapport ou en ratio
régulations de pression

IV Echangeurs

représentation et remarques générales
différents types d’échangeurs (tubulaires, à plaques, coaxials, double enveloppe...)
chauffage à la vapeur et régulation
régulation de température sur un réacteur à double enveloppe

V Opérations sur les solides

Séparations solide - gaz
Séparations solide liquide
Transport des solides
Traitement des solides (broyage, criblage...)

VI Opérations unitaires faisant intervenir des colonnes

absorption, lavage, désorption
extraction liquide-liquide
rectification discontinue
rectification continue

VII Réacteurs

réacteur grignard (pression atmosphérique)
autoclave (sous pression)
réacteurs agités continus
autres types (phase gaz, liquide, mélange hétérogène, catalyseur en lit fixe, fluidisé...)

Règles générales de représentation en schéma

Un schéma doit avoir un titre, le nom du dessinateur et la date,  ainsi qu’un cartouche avec une nomenclature si nécessaire. Son principal objectif est de représenter une installation avec les éléments nécessaires à son fonctionnement. En conséquence, l’oubli de certains éléments strictement nécessaire au fonctionnement, au contrôle ou au maintient de la sécurité est sanctionné.

Une régulation doit être représentée avec

• un trait pour la mesure (une extrémité à l’endroit ou la mesure est faite),
• un rond avec XIC pour le régulateur,
• un trait le reliant à un actionneur pour la partie commande.

Une pompe centrifuge doit être équipée d’une vanne au refoulement et, sur un schéma détaillé:

• d’une mesure de pression, d’un clapet et d’une purge au refoulement,
• d’un clapet-crépine et d’une mesure de pression à l’aspiration, si montée en aspiration.

Une cuve, un réservoir ou un doseur doit être équipé:

• d’une canalisation d’alimentation et d’évacuation,
• d’une respiration atmosphérique (adaptée au produit) ou d’un contrôle de pression,
• d’une mesure de niveau.

Une capacité sous pression doit être équipée d’une mesure de pression et d’une soupape.

Un échangeur de chaleur doit être équipé d’une mesure de température en sortie procédé (mini)

Un chauffage à la vapeur doit contenir:

• une vanne de réglage et/ou d’isolement sur son alimentation en point haut,
• une mesure de pression,
• un purgeur pour soutirage des condensats, représenté en point bas.

Un refroidissement par échangeur à eau se représente par:

• une alimentation en point bas, en général côté tube, avec vanne d’isolement,
• une évacuation à l’égout ou vers un collecteur.

Une colonne à distiller doit contenir:

• une alimentation avec mesure/régulation de débit et de température,
• la représentation du plateau de fond (n°1), d’alimentation et de tête (n°x),
• un reflux en tête sur le plateau de tête, sauf indication contraire,
• une mesure/régulation de niveau, température et débit de soutirage en fond,
• une mesure/régulation de température, de débit de distillat et de reflux en tête,
• un condenseur avec ligne d’équilibrage à l’atmosphère ou vers le ballon de reflux,
• un ballon de reflux avec mesure/régulation de niveau, et reprise par pompe pour le reflux,
• une respiration atmosphérique ou une régulation de pression.

Une colonne d'extraction doit contenir: