HEI genie chimique 2001 chimie final

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B : Partie de C. ANDRE ( 10 points )Exercice n° 1 : DISTILLATION CONTINUE ( 6 points )On souhaite dimensionner une colonne à distiller permettant la séparation en continu d'unmélange benzène / toluène de fraction molaire en benzène z = 0,5. On souhaite obtenirun distillat de fraction molaire ...

Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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B : Partie de C. ANDRE
( 10 points )
Exercice n° 1 : DISTILLATION CONTINUE
(
6 points )
On souhaite dimensionner une colonne à distiller permettant la séparation en continu d'un
mélange benzène / toluène de fraction molaire en benzène
z = 0,5
. On souhaite obtenir
un distillat de fraction molaire en benzène
x
d
= 0,95
et un résidu de fraction molaire en
benzène
x
b
= 0,1
. Le débit d'alimentation
A est de 100 kmoles/h
. Le courant
d'alimentation est à l'état de
vapeur saturée.
La pression totale vaut
P = 1 atm
.
1) Déterminer graphiquement le nombre minimum N
min
de plateaux pour réaliser cette
séparation.
2) Calculer les débits molaires de distillat D et de résidu B.
3) Déterminer graphiquement le taux de reflux minimum R
min
.
4) En prenant un taux de reflux opératoire
R = 2.R
min
, déterminer graphiquement le
nombre de plateaux théoriques N nécessaire pour effectuer la séparation.
Quelle est la position du courant d'alimentation?
5) Calculer les débits internes de la colonne L, L', V et V'. En déduire les quantités de
chaleur mises en jeu au bouilleur Q
b
et au condenseur Q
c
6) Calculer les enthalpies molaires des courants d’alimentation ( h
A
) de distillat ( h
D
)
et de résidu ( h
B
) . Les courants de distillat et de résidu seront supposés être à l'état
de liquide bouillant .
En déduire la valeur de Q
b
grâce à un bilan thermique global sur l'ensemble de la
colonne. Comparer le résultat obtenu avec celui de la question 5). Expliquer
succinctement les raisons de l’écart observé.
Données nécessaires:
- Courbes de bulle et de rosée pour le mélange benzène / toluène à P = 1 atm.
- Courbe d'équilibre à P = 1 atm.
- Données thermodynamiques:
a) Pour le benzène:
état liquide: C
p
= 31.51 Kcal/Kmole.K
H
vap
= 7352 Kcal/Kmol
b) Pour le toluène:
état liquide: C
p
= 38.63 Kcal/Kmole.K
H
vap
= 7930 Kcal/Kmol
Exercice n° 2 : DISTILLATION FLASH
( 4 points )
On souhaite traiter un débit A = 100 Kmole/h
d'un mélange benzène / toluène de
composition molaire en benzène z = 0,5. La température de ce courant
d'alimentation est T
A
= 20 ° C. On réalise une opération FLASH, à P = 1 atm de telle
sorte que la composition molaire en benzène du courant de vapeur soit y
= 0,60.
1)
Déterminer graphiquement la composition des 2 courants de sortie et la
température T
de cette opération FLASH. En déduire la valeur des débits L et V des
courants de sortie.
2) Déterminer la puissance Q mise en jeu.
3) La puissance Q est apportée par un courant de vapeur d’eau saturée de
température T = 120 °C. Calculer le débit massique à utiliser dans l’hypothèse où la
vapeur cède uniquement son enthalpie de vaporisation sans variation de
température.
Données nécessaires:
- Courbes de bulle et de rosée pour le mélange benzène / toluène à P = 1 atm.
a) Pour le benzène:
état liquide: C
p
= 31.51 kcal/kmole.K
état vapeur: C
p
= 26.84 kcal/kmole.K
H
vap
= 7352 kcal/kmol
b) Pour le toluène:
état liquide: C
p
= 38.63 kcal/kmole.K
état vapeur: C
p
= 33.4 kcal/kmole.K
H
vap
= 7930 kcal/kmol
c) Pour l’eau :
H
vap
= 528 kcal/kg
à
T = 120 °C
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