| Titre : | Les extracteurs liquide-liquide et liquide-solide |
| Auteurs : | Jean-Paul Duroudier, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | London : ISTE editions, 2017 |
| Collection : | Série Equipements industriels pour le génie des procédés, num. 3 |
| ISBN/ISSN/EAN : | 978-1-78405-172-3 |
| Format : | 1 vol. (168 p.) / ill. / 24 cm |
| Note générale : | Bibliogr. p. [159]-165. Index |
| Langues: | Français |
| Index. décimale : | 660.284 2 |
| Catégories : |
[Agneaux] Extraction (chimie) |
| Sommaire : |
Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Chapitre 1. Théorie générale des extracteurs liquide-liquide . . . . 13 1.1. Extraction par étages successifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.1. Faisabilité de l’extraction (étude à l’aide du diagramme ternaire) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2. Calcul sur ordinateur de l’équilibre solvant-raffinat . . . . . . . . . 14 1.1.3. Extraction multi-étagée à contre-courant . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.1.4. Quantité minimale de solvant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.1.5. Etude à l’aide de la courbe de partage . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.6. Aptitude du couple (solvant et produit) pour l’extraction . . . . . 18 1.2. Mélangeurs-décanteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2.1. Opération de mélange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2.2. Séparation des deux phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2.3. Calcul des décanteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.3. Equation des concentrations pour les extracteurs différentiels . . . . . . 22 1.3.1. Principe des extracteurs différentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.2. Bilan d’une tranche élémentaire de l’extracteur sans rétromélange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.3. Dispersion axiale (rétromélange) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.3.4. Conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.3.5. Bilan global d’un constituant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3.6. Procédure de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.4. Les paramètres du transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.1. Vitesses en fût vide moyennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.2. Diamètre moyen des gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 6 Les extracteurs liquide-liquide et liquide-solide 1.4.3. Equivalence de d32 et du diamètre harmonique moyen . . . . . . . 34 1.4.4. Aire interfaciale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.4.5. Coefficients de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.4.6. Coalescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.4.7. Effet Marangoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.4.8. Vitesse de glissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.4.9. Débits à l’engorgement (méthode approximative) . . . . . . . . . . 37 1.5. Alimenteur de phase dispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.5.1. Influence de l’alimenteur sur l’efficacité du transfert . . . . . . . . 38 1.5.2. Conception proposée pour l’alimenteur . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.5.3. Vitesse à travers les trous du répartiteur . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.5.4. Ouverture du répartiteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.5.5. Pas des trous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 1.6. Conclusion : études en pilote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 1.6.1. Avantages et inconvénients des différents types d’extracteurs . . . . 45 1.6.2. Equivalence des appareils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 1.6.3. Choix de la phase dispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 1.6.4. Utilisation des pilotes en extraction liquide-liquide . . . . . . . . . 47 1.6.5. Raisons supplémentaires pour l’utilisation d’un pilote . . . . . . . 48 Chapitre 2. Trois exemples de calcul d’extracteur liquide-liquide différentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.1. Données générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.1.1. Tension interfaciale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.1.2. Propriétés physiques et notations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2. Colonnes à garnissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.2.1. Contraintes sur la taille nominale du garnissage . . . . . . . . . . . 51 2.2.2. Engorgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2.3. Rétention de phase dispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.2.4. Diamètre moyen des gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.2.5. Vitesse de glissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.2.6. Coefficients de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.2.7. Coefficients de dispersion axiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.3. Contacteur à disques tournants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.3.1. Présentation et intérêt de l’appareil . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.3.2. Définition du contacteur à disques tournants . . . . . . . . . . . . . 60 2.3.3. Normes de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.3.4. Vitesse de rotation du pilote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.3.5. Puissance d’agitation massique (pilote) . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Table des matières 7 2.3.6. Diamètre moyen des gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.3.7. Rétention à l’engorgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.3.8. Diamètre de l’extracteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.3.9. Rétention de phase dispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.3.10. Vitesse de rotation pour l’appareil industriel . . . . . . . . . . . . 68 2.3.11. Coefficients de dispersion axiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.3.12. Coefficients de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.4. Colonne pulsée à plateaux perforés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.4.1. Structure de l’appareil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.4.2. Régimes de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.4.3. Intérêt des colonnes pulsées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.4.4. Détermination des paramètres de pulsation . . . . . . . . . . . . . . 74 2.4.5. Densité de puissance d’agitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.4.6. Engorgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.4.7. Diamètre moyen des gouttes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.4.8. Rétention de phase dispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.4.9. Vitesse de glissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.4.10. Coefficients de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.4.11. Dispersion axiale : phase continue . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.4.12. Dispersion axiale : phase dispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Chapitre 3. Equilibre et transfert de matière entre un fluide et un solide divisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.2. Choix des adsorbants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.2.1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.2.2. Charbon activé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.2.3. Le gel de silice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.2.4. L’alumine activée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.2.5. Les terres activées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.2.6. Echangeurs d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.2.7. Les zéolites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.3. Les différents types d’isothermes d’équilibre fluide-solide . . . . . . . . 85 3.3.1. L’isotherme dite de Freundlich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.3.2. Combinaison Langmuir-Freundlich . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.3.3. L’isotherme de Langmuir (voie thermodynamique) . . . . . . . . . 86 3.3.4. L’isotherme de Langmuir (équilibre dynamique, 1916, 1918) . . . . 87 3.3.5. Généralisation à plusieurs composants . . . . . . . . . . . . . . . . 88 8 Les extracteurs liquide-liquide et liquide-solide 3.3.6. Généralisation à une surface hétérogène (isotherme bi-Langmuir) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.3.7. L’équation de Langmuir pour les liquides . . . . . . . . . . . . . . 89 3.3.8. Isotherme « compétitive » de Gritti et Guiochon (2003) . . . . . . 89 3.3.9. L’isotherme de Tóth (1971) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.3.10. L’isotherme de Moreau et al. (1991) . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.3.11. L’isotherme de Martire (1987, 1988) . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.3.12. L’isotherme BET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.3.13. Echange d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.3.14. Généralisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.3.15. Les cinq types principaux d’isothermes . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.4. Thermodynamique et équilibre de l’adsorption multiple . . . . . . . . . 95 3.4.1. Position du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.4.2. Pression d’étalement, équation de Gibbs . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.4.3. Energie de surface et tension superficielle des liquides . . . . . . . 97 3.4.4. Tension superficielle et pression d’étalement . . . . . . . . . . . . 98 3.4.5. Equation de Gibbs et tensioactifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.4.6. Calcul de la pression d’étalement sur un solide . . . . . . . . . . . 99 3.4.7. Approximation de Padé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 3.4.8. Les équations d’équilibre ; composition de l’adsorbat . . . . . . . 100 3.4.9. Calcul de la somme molaire des espèces adsorbées . . . . . . . . . 101 3.4.10. Comparaison avec les lois de Raoult . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3.4.11. Lois de Fick et coefficient d’activité . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.4.12. Calcul de γs avec une isotherme linéaire . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.4.13. Calcul de γs avec l’isotherme de Langmuir . . . . . . . . . . . . . 104 3.4.14. Chaleur isostérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.5. Paramètres de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.5.1. Transfert à travers le film liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.5.2. Expression de la diffusivité de Knudsen dans un pore . . . . . . . 107 3.5.3. Diffusivité globale de pore dans un milieu poreux . . . . . . . . . 109 3.5.4. Diffusivité de surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.5.5. Diffusion dans les pellettes (ou les tablettes ou encore les sphérules) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.5.6. Equation différentielle interne aux particules solides . . . . . . . . 110 3.5.7. Equation d’échange fluide-solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.5.8. Echange simplifié fluide-particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.6. Adsorption entre une masse de liquide et une masse de solide . . . . . . 114 3.6.1. Une situation simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.6.2. Le volume de liquide est limité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Table des matières 9 3.6.3. Prise en compte de la résistance du film liquide . . . . . . . . . . . 116 3.6.4. L’isotherme n’est pas linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 3.6.5. Porosité bidispersée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Chapitre 4. Extraction liquide-solide et lavage par un liquide d’un solide divisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.1. Fondements de l’extraction et du lavage liquide-solide . . . . . . . . . . 119 4.1.1. Terminologie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 4.1.2. Mesure du soluble total et du soluble extractible . . . . . . . . . . 119 4.1.3. Porosité accessible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.1.4. Coefficient d’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.1.5. Forme et dimension des particules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.1.6. Coefficient global de transfert en chromatographie . . . . . . . . . 124 4.1.7. Equivalence entre chromatographie et saturation d’un lit fixe . . . . 125 4.1.8. Nombre d’unités de transfert côté extrait . . . . . . . . . . . . . . . 127 4.1.9. Les extracteurs et les laveurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.2. Hydrodynamique des extracteurs continus à percolation . . . . . . . . . 131 4.2.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.2.2. Vitesse d’engorgement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.3. Performances des extracteurs continus à percolation . . . . . . . . . . . 137 4.3.1. Hypothèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.3.2. Nombre d’unités de transfert, équation de transfert . . . . . . . . . 137 4.4. Batteries de diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.4.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.4.2. La méthode de Spaninks et Bruin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.5. Lavage des minerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.5.1. Concentrations et fractions massiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.5.2. Détermination graphique d’un nombre d’étages de lavage . . . . . 153 Annexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 |
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| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
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