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RÉSUMÉ
Le procédé extraction liquide-liquide est une opération industrielle très mature, pour autant le choix parmi la diversité des appareils existants reste encore délicat. Une des raisons en est l’absence de critères de choix rigoureux pour la prévision des performances des différents types d’extracteurs, d’où la nécessité d’essais prototypes. Cet article pose clairement les problématiques liées au calcul d’un équipement d’extraction liquide-liquide (type, conception, dimensions), il présente également la réalisation des essais pilote et leur extrapolation.
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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
Les deux articles précédents ( et ) ont été consacrés à la description des appareillages et à leur modélisation. Le présent fascicule, indissociable des deux précédents, a pour objet les problématiques liées au choix d’un équipement, à son dimensionnement et à sa mise en œuvre industrielle.
Outre son efficacité à réaliser un transfert de matière, l’intérêt économique d’un appareil industriel sera proportionnel à son débit spécifique (volume traité par unité de surface de la section droite de l’extracteur). Cependant, bien qu’il paraisse logique de maximaliser les trois paramètres qui l’influencent (coefficient de transfert, aire interfaciale et potentiel de transfert), il n’existe aucun appareil qui puisse modifier séparément l’un quelconque de ces paramètres.
Pour satisfaire ces objectifs, on a assisté à l’apparition d’une grande diversité d’appareils. On estime qu’il existe au moins une vingtaine de types différents d’appareils en activité industrielle. Cette diversité conduit l’ingénieur, lors de la conception d’un atelier d’extraction par solvant, à des décisions qui peuvent être délicates et au mieux subjectives en l’absence d’expérimentation à l’échelle pilote sur le système considéré.
Le problème fondamental d’un calcul économique et optimisé des extracteurs liquide-liquide à partir de données purement théoriques n’a toujours pas reçu de solutions totalement satisfaisantes. Aussi, sauf dans quelques cas où l’on dispose de corrélations empiriques, le recours à des essais prototypes s’impose dans le cas quasi général et les progrès les plus récents ont abouti essentiellement à définir des règles plus fiables d’extrapolation de ces essais au dimensionnement des appareils industriels.
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3. Calcul des appareils
3.1 Calcul des mélangeurs-décanteurs
3.1.1 Mélangeurs à agitation mécanique
Il s’agit, d’une part de définir les caractéristiques géométriques de la chambre de mélange et de l’agitateur, ainsi que l’efficacité d’étage du mélangeur ; d’autre part, il faut connaître le nombre de mélangeurs nécessaires pour atteindre un résultat donné. Cette valeur peut être évaluée par l’utilisation d’un modèle évoqué par ailleurs (§ 3.1 [J 2 765]).
Le volume de l’appareil est conditionné par la cinétique de l’échange de matière (coefficient volumique de transfert et aire interfaciale ou diamètre de goutte de la phase dispersée).
Les émulsions sont caractérisées par le diamètre moyen statistique d 32 (m) des gouttes qui les composent (diamètre de Sauter) que l’on peut relier à l’aire interfaciale d’échange par le taux de rétention β de phase dispersée dans l’émulsion.
Dans le cas de gouttes sphériques, on a :
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - RAYON (A.D.), DALEY (F.L.), LOWRIE (R.S.) - Scaleup of mixer settlers. - Chem.Eng.Progr., 55, no 10, p. 70-5 (1959).
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