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RÉSUMÉ
Les procédés d'extraction liquide-liquide sont parmi les plus utilisés en génie chimique. Le choix de l'équipement extracteur est très complexe car il est difficile de prédire le résultat de la mise en contact de phases entre lesquelles s’établit un transfert de matière, avec réaction chimique ou non. Cet article présente les différents types d'extracteurs, à étages individualisés et différentiels.
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Jean LEYBROS : Ingénieur de l’École Supérieure de Chimie Organique et Minérale (ESCOM) - Ingénieur-Chercheur au Commissariat à l’Énergie Atomique
INTRODUCTION
L’extraction par solvant est la seconde opération unitaire en génie chimique après la distillation. Cependant, définir la technologie d’un procédé d’extraction reste encore de nos jours une entreprise délicate, en raison de la difficulté qu’il y a de prédire le résultat de la mise en contact de phases entre lesquelles s’établit un transfert de matière, avec réaction chimique ou non.
L’utilisateur se trouve en effet confronté à un grand nombre de problèmes, compte tenu de la diversité des paramètres à considérer, allant des propriétés hydrodynamiques (écoulements complexes) jusqu’aux propriétés interfaciales des systèmes liquide-liquide mis en jeu.
En premier lieu, il convient de choisir le type de contacteur qui paraît le mieux adapté au problème posé. Ensuite, il s’agit de concevoir et de dimensionner le contacteur retenu.
L’objet de ces trois articles est d’apporter au lecteur différents éléments lui permettant d’appréhender la démarche qui conduit à la mise en œuvre d’un procédé d’extraction liquide-liquide :
Le fascicule Extraction liquide-liquide- Description des appareils s’intéresse essentiellement à la description des principaux appareils connus ;
Le fascicule Extraction liquide-liquide- Modélisation des colonnes décrit les principaux modèles de dimensionnement des appareils différentiels continus ;
Le fascicule Extraction liquide-liquide- Choix, calcul et conception des appareils est centré sur les aspects liés au choix, au calcul et à l’exploitation d’un équipement.
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Présentation
Extracteurs liquide-liquide différentiels (à étages non individualisés)2. Extracteurs liquide-liquide à étages individualisés
Dans ce type d’appareil, l’aire interfaciale d’échange du mélangeur est créée soit par agitation mécanique dans un réservoir agité, soit par tout autre dispositif de mélange tel que des mélangeurs statiques, des mélangeurs à jets ou à buses, qui utilisent l’énergie de perte de charge des fluides en mouvement dans une tuyauterie.
Dans le décanteur, la séparation ultérieure des phases mélangées est réalisée soit par décantation gravitaire dans des réservoirs vides ou équipés de dispositifs accélérateurs de la coalescence (garnissages, lits fibreux, électrocoalesceurs), soit par décantation centrifuge dans des hydrocyclones ou des décanteurs centrifuges.
En théorie, toutes les combinaisons d’un dispositif mélangeur et d’un dispositif séparateur sont possibles. Dans la pratique industrielle, on s’en est tenu longtemps aux réservoirs agités et aux décanteurs gravitaires. Quelques procédés hydrométallurgiques ont ensuite utilisé des mélangeurs statiques et des décanteurs centrifuges. Les décanteurs gravitaires sont presque toujours équipés de systèmes coalesceurs.
Le lecteur se reportera utilement aux articles spécialisés des volumes J2, J3, J4 Opérations unitaires du traité Génie des procédés auxquels il sera fait de fréquents renvois.
Pour obtenir une bonne efficacité d’échange de matière, il faut une grande aire interfaciale caractérisée par une dispersion à gouttes fines (100 à 200 µm). Au contraire, une séparation mécanique des phases, facile et économique, requiert une dispersion de forte granulométrie (0,5 à 1 mm). Les solutions industrielles sont toujours un compromis technico-économique entre ces deux exigences contradictoires.
Par mélange de deux phases non miscibles, il est possible d’obtenir deux types d’émulsions, de caractéristiques fondamentalement différentes, selon la phase qui constitue la dispersion dans l’autre phase continue.
en hydrométallurgie, on réalise des émulsions de type aqueux continu (gouttes de phase organique) ou organique continu (gouttes de phase aqueuse). Ces deux types d’émulsion se différencient par leurs caractéristiques de décantation et les entraînements d’une phase dans l’autre après coalescence.
L’émulsion...
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Extracteurs liquide-liquide à étages individualisés
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GODFREY (J.C.), SLATER (J.), WYNN (N.P.), ZABELKA (M.) - Copper extraction with a Sulzer inline mixer using ACORGA reagent P5100 - . ISEC 80, Liège, Conférence 80.31, Assoc. Ing. Univ. Liège (6-12 sept. 1980).
-
(2) - HARRINGTON (C.D.), RUEHLE (A.E.) - Uranium production technology - . Van Nostrand (1959).
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(3) - MÜLLER (V.E.) - Die Gewinnung von Aromaten durch Extraktion - . Chemiker Zeitung, no 23-24, p. 996-1000 (1971).
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(4) - NAGATA (S.) - Mixing principles and applications - . John Wiley & Sons (1975).
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(5) - SKELLAND (A.H.), SEKSARIA (R.) - Minimum impeller speeds for liquid-liquid dispersion in baffled vessels - . Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 17, no 1, p. 56-61 (1978).
-
(6) - PAHL (M.H.), MUSCHELKNAUTZ (E.) - Statistische Mischer und ihre Anwendungen - . Chem. Ing....
ANNEXES
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