Séance1 Bilans macroscopique pour L3 génie des procédés

Séance 1 Bilans macroscopique pour L3 génie des procédés
Objectifs pédagogiques du cours
Plan de travail
Introduction
Principe de bilan de matière
Bilan de matière globale
Bilan de matière sur les composants
Objectifs pédagogiques du cours
Le cours vise :
- La bonne description d’un procédé et ses opérations unitaires
- La maîtrise des mathématiques impliquées dans les notions de bilans
- La capacité de réaliser des bilans de matière pour des opérations unitaires et procédés
- La capacité de réaliser des bilans thermiques pour des procédés complexes
Introduction
En génie chimique, on a très souvent besoin de connaître la composition des mélanges
produits et introduits, les flux de matière dans chaque partie du procédé en vue d’élaborer de
nouveaux process plus performants ou d’optimiser des procédés existants.

NOTIONS PRELIMINAIRES
. Fraction molaire
La fraction molaire que l’on note X, ou le pourcentage molaire (X %) est une grandeur
utilisée pour exprimer la composition molaire d'un mélange (c'est-àdire les proportions
molaires de chaque composant dans le mélange)
La fraction molaire d'un constituant i est égale au rapport du nombre de molécules de ce
constituant ni sur le nombre total de molécules du mélange ntot.
Elle est donc une grandeur sans dimensions
Exemple 1 : Soit un mélange binaire d’eau et de méthanol composé de 30 mol d’eau et 10
mol de méthanol.
La fraction molaire en eau est
Fraction massique
La fraction massique que l’on note W, ou le pourcentage massique (W %) est une
grandeur utilisée pour exprimer la composition massique d'un mélange (c'est-à-dire les
proportions massiques de chaque composant dans le mélange).
La fraction massique d'un constituant i est égale au rapport de la masse du constituant i mi sur
la masse totale du mélange mtot.
Exemple 2 : Soit un mélange binaire d’eau et de méthanol composé de 10 g d’eau et 90 g de
méthanol. La fraction massique en méthanol est
La fraction massique en eau est

Propriétés
Et
Détermination de la composition d’un mélange
Exemple 3 : Soit un mélange ternaire contenant de l’eau, du méthanol et de l’acide
éthanoïque. Le mélange contient au total 1000 mol. La fraction molaire en eau est de 0,55 et
la fraction molaire en méthanol est égale à 0,15
Exemple 4 : Soit un mélange ternaire contenant de l’eau, du méthanol et de l’acide
éthanoïque. Le mélange a une masse totale de 200 kg. La fraction massique en eau est de 0,55
et la fraction massique en méthanol est égale à 0,15
Exemple 5 : Soit un mélange ternaire contenant de l’eau, du méthanol et de l’acide
éthanoïque avec un débit horaire massique de 200 kg/h. La fraction massique en eau est de
0,55 et la fraction massique en méthanol est égale à 0,15

CONSERVATION DE LA MATIERE
Présentation de la conservation de matière
La loi de la conservation de la matière, aussi connu en tant que principe de masse est que la
masse d'un système fermé restera constante au fil du temps et ne seront pas détruites à la
suite, quel que soit le processus agissant à l'intérieur du système. Une déclaration analogue est
que la masse ne peut pas être créée ou détruite, même si elle peut être réorganisée dans
l'espace, et transformée en différents types de particules.
Cela implique que pour tout processus chimique dans un système fermé, la masse des réactifs
doit être égale à la masse des produits. C'est aussi l'idée principale du premier principe de la
thermodynamique.
LAVOISIER : “Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »
Equations générales
La forme générale de l’équation qui traduit la conservation de la matière dans un processus de
Génie Chimique est :
Dans notre cas, on supposera dans chaque exercice que l’accumulation dans le système est
nulle
Mathématiquement, la traduction de la conservation de la matière pour un système sans
réaction chimique devient donc la suivante:

Pour avancer dans ce cours il faut savoir répondre tout d’abord à ces différentes questions ?
1- Qu’est ce qu’un procédé ?
Exemple 1 : la fabrication de sucre blanc – Etude se flow-sheet
Les principales étapes du procédé de fabrication du sucre sont :
1- Nettoyage et préparation de la matière première (betteraves) ;
2- Extraction du jus ;
3- Purification (par de la chaux) ;
4- Séparation par évaporation ;
5- Cristallisation ;
6- Essorage ;
7- Séchage.
Qu’est ce qu’un bilan de matière