HEI genie chimique 2004 chimie final

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B : Partie de C. ANDRE ( sur 10 points ) Exercice n°1 ( sur 4 points ) Système binaire non idéal Un mélange eau/méthanol de composition molaire en méthanol z = 0,6 est placé à P = 1 atm et à T = 77°C . I Modélisation de l’équilibre liquide - vapeur : Dans cette partie, on supposera le système idéal. Compte tenu de cette hypothèse d’idéalité, calculer les valeurs des coefficients d’équilibre K et K ( L’indice 1 1 idéal 2 idéalsera attribué au méthanol ) . En déduire la composition théorique des phases liquide et vapeur à l’équilibre. II Détermination de la composition réelle des phases à l’équilibre . Une recherche bibliographique permet d’obtenir les courbes isobares ( P = 1 atm ) expérimentales de bulle et de rosée du système étudié : 105température de bulle100température de rosée95908580757065600 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2compositions molaires de la phase liquide ( x ) et de la phase vapeur ( y ) Température ( °C )-gg---g-g-Déterminer graphiquement la composition réelle des phases liquide et vapeur à l’équilibre. Calculer les valeurs des coefficients d’équilibre K et K . 1 2 III Synthèse des résultats Comparer les résultats obtenus au I et au II. Le mélange étudié peut-il être considéré comme idéal ? Calculer les coefficients d’activités de l’eau ( ) et du méthanol ( ) dans la phase liquide. 2 1En déduire une estimation des valeurs des paramètres d’interaction A et A du modèle 12 21 de MARGULES. Comparer ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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B : Partie de C. ANDRE ( sur 10 points ) Exercice n°1 ( sur 4 points ) Système binaire non idéal Un mélange eau/méthanol de composition molaire en méthanolz = 0,6est placé àP = 1 atm et à T = 77°C . I Modélisation de l’équilibre liquide - vapeur : Dans cette partie, on supposera le systèmeidéal.Compte tenu de cette hypothèse d’idéalité, calculer les valeurs des coefficients d’équilibre K1idéalK et2idéal (L’indice 1 sera attribué au méthanol ). En déduire la compositionthéoriquedes phases liquide et vapeur à l’équilibre. II Déterminationde la composition réelle des phases à l’équilibre . Une recherche bibliographique permet d’obtenir les courbes isobares ( P = 1 atm ) expérimentalesde bulle et de rosée du système étudié :
105
100 95 90
85 80 75
70 65
60 0
température de bulle température de rosée
0,2 0,4 0,6 0,81 1,2 compositions molaires de la phase liquide ( x ) et de la phase vapeur ( y )
Déterminer graphiquement la compositionréelle desphases liquide et vapeur à l’équilibre. Calculer les valeurs des coefficients d’équilibre K1 et K2. III Synthèse des résultats Comparer les résultats obtenus au I et au II. Le mélange étudié peut-il être considéré comme idéal ? Calculer les coefficients d’activités de l’eau (g2) et du méthanol(g1) dans la phase liquide. En déduire une estimation des valeurs des paramètres d’interaction A12et A21dumodèle de MARGULES. Comparer les valeurs obtenues avec celles fournies par la littérature. Expliquer les raisons de l’écart observé. Proposer uneméthode expérimentale plus précise permettant l’estimation des paramètres d’interaction A12A et21dumodèle de MARGULES. Données nécessairesa) pour le méthanol :  (!1%% avec T en K et P en mmHg b) pour l’eau :  (!1%% avec T en K et P en mmHg modèle de MARGULES :g1#%    g   (!1(#(%!!Paramètres d’interaction pour le système eau (2)- méthanol (1): ( réf. Perry’s Chemical Engineers’ handbook p.13-20 ) : A12= 0,9423 A21= 0,5634
Exercice n°2 ( sur 6 points ) :DISTILLATION CONTINUEOn souhaite dimensionner une colonne à distiller permettant la séparation en continu d'un mélange benzène / toluène de fraction molaire en benzènez = 0,5. On souhaite obtenir un distillat de fraction molaire en benzènex =0,9 etun résidu de fraction molaire en dbenzène0,1x =. Le débit d'alimentationA est de 100 kmoles/h. Le courant b d'alimentation estpartiellement vaporisé. Le taux molaire de vaporisation est de0,5.La pression totale vautP = 1 atm. 1) Calculer les débits molaires de distillat D et de résidu B. 2) Déterminer graphiquement le taux de reflux minimumR. En prenant un taux de min reflux opératoireR = 2.R, déterminer graphiquement le nombre de plateaux théoriques min Nnécessaire pour effectuer la séparation. Quelle est lapositioncourant du d'alimentation? 3) Calculer les débits internes de la colonne L, L', V et V'. En déduire les quantités de chaleur mises en jeu au bouilleur Qbet au condenseur QC. 4) Les courants de distillat et de résidu seront supposés être à l'état deliquide bouillant. Déterminer graphiquement les températures des courants de résidu, de distillat et d’alimentation. En déduire l’enthalpie molairehA ducourant d’alimentation ainsi que les enthalpies molaireshDethBdistillat et de résidu. On se propose decourants de des calculer désormaisQbgrâce à unbilan thermique global surl'ensemble de la colonne. Comparer le résultat obtenu avec celui de la question 3). Données nécessaires :
- Pour le benzène :- Pour le toluène: DH =7352 kcal / kmolDH =7930 kcal / kmol vapvapétat liquide : C= 31.5 kcal / kmol.°Cétat liquide :C =38.6 kcal / kmol.°C PL1PL2Courbes jointes : - Courbes de bulle et de rosée pour le mélange benzène / toluène à P = 1 atm. - Courbe d'équilibre y = f ( x ) à P = 1 atm.
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