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Génie Chimique 2002 Chimie Hautes Etudes d'Ingénieur (Lille)

4 pages
Examen du Supérieur Hautes Etudes d'Ingénieur (Lille). Sujet de Génie Chimique 2002. Retrouvez le corrigé Génie Chimique 2002 sur Bankexam.fr.
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Partie de C. ANDRE
Etude de système azéotropique
( 4 points ) :
Etude du mélange acétone / chloroforme
Remarque préliminaire importante : On choisit d’attribuer l’indice 1 à l’acétone
et l’indice 2 au chloroforme.
1) Calculer :
- La température d’ébullition de l’acétone à P = 1 atm
- La température d’ébullition du chloroforme à P = 1 atm
2) Le mélange acétone / chloroforme est caractérisé par un point azéotropique à P =
1 atm. La composition azéotropique est :
x
y
1
1
0 345
=
=
,
On se propose d’évaluer la température azéotropique de ce système par le
modèle
de MARGULES
. Une recherche bibliographique fournit les valeurs des 2
paramètres d’interaction :
A
0,8404
A
0,561
12
21
= -
= -
Calculer les coefficients d’activité
γ
1
et
γ
2
au point azéotropique. Ecrire la loi de
Raoult modifiée pour l’acétone et le chloroforme au point azéotropique, en déduire la
température azéotropique
théorique
prévue par ce modèle .
3) La valeur
expérimentale
de cette température azéotropique, à P = 1 atm, est de
T
a
= 64,5 ° C . Le modèle de MARGULES est-il en accord avec l’expérience ?
L’azéotrope étudié est-il de type positif ou négatif ? Justifier rapidement votre
réponse.
4
) Etude isotherme à T = 64,5 °C
:
Donner la valeur de la pression de bulle à la composition x
1
= 0,345 à T = 64,5 °C (
aucun calcul n’est nécessaire
, justifier simplement votre réponse ). En déduire
l’allure de l’évolution de la
pression de bulle P
b
en fonction de la composition x
1
à T
= 64,5 °C. Donner l’équation de la courbe P
b
= f( x
1
) à T = 64,5 °C
.
Données nécessaires :
- Modèle de MARGULES :
( 29
(
29
(
29
(
29
(
29
(
29
Ln
A
A
A
x
x
Ln
A
A
A
x
x
γ
γ
γ
γ
1
12
21
12
1
2
2
2
21
12
21
2
1
2
2
2
=
+
-
=
+
-
.
.
.
.
.
.
- Pour l’acétone :
(
29
Log
P
T
S
10
7 117
1210
229 7
=
-
+
,
,
avec
T en °C
et P
s
en mm Hg
- Pour le chloroforme :
( 29
Log
P
T
S
10
6 955
1171
226 2
=
-
+
,
,
avec
T en °C
et P
s
en mm Hg
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 = 0,4
. On souhaite obtenir
un distillat de fraction molaire en benzène
x
d
= 0,9
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
liquide bouillant.
La pression totale vaut
P = 1 atm
.
1) Calculer les débits molaires de distillat D et de résidu B.
2) Déterminer graphiquement le taux de reflux minimum
R
min
. En prenant un taux de
reflux opératoire
R = 2.R
min
, déterminer graphiquement le nombre de plateaux théoriques
N
nécessaire pour effectuer la séparation. Préciser la
température
de chaque plateau.
Quelle est la
position
du courant 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 Q
b
et au condenseur Q
c
4) Proposer une modification de l’installation permettant d’obtenir des
courants de
sortie identiques
tout en
diminuant
le nombre
N
de plateaux théoriques
nécessaire à taux de reflux
R constant
. Effectuer le tracé correspondant à la
solution proposée.
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:
H
v1
= 7352 Kcal/Kmol
;
H
v2
= 7930 Kcal/Kmol