Bibliographie & annexes
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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 (Extraction liquide-liquide- Description des appareils et Extraction liquide-liquide- Modélisation des colonnes) 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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Calcul des appareils2. Choix d’un appareil d’extraction liquide-liquide
2.1 Critères de choix
Bien que la tentative ne soit pas aisée, dégager des critères de choix, reposant sur des fondements objectifs, apparaît souhaitable quand bien souvent le choix reste guidé soit par des idées plutôt subjectives, soit dans le meilleur des cas par des considérations fondées sur l’expérience acquise dans un atelier avec un type donné de contacteur.
On trouve dans la littérature des essais de compilation des divers appareils sur la base de classification, des organigrammes d’aide à la sélection (figure 2) ou encore des tableaux comparatifs dans lesquels des notes sont attribuées à chaque type d’appareil en fonction de leur aptitude à répondre à certains critères. Ces grilles d’évaluation ont le mérite incontestable de présenter de manière unifiée l’ensemble des appareils et de dégager des tendances, permettant, sinon d’orienter l’utilisateur vers un appareil donné, du moins d’éliminer ceux qui ne seraient pas du tout adaptés au problème posé. La liste des critères ne prétend pas être exhaustive et peut être complétée au gré des impératifs (souplesse des arrêts-démarrages par exemple, ou encore quantité de solvant immobilisée). Les critères généralement retenus sont donnés dans l’encadré 1.
L’examen de ces critères conduit à un certain nombre de remarques.
La gamme d’application des extracteurs centrifuges porte sur des charges modérées, quand des temps de séjour courts sont nécessaires ou quand l’espace disponible est réduit, pour des systèmes liquide-liquide présentant une tendance à l’émulsification ou une faible différence de densité. Ils ne conviennent pas pour des fortes charges en solides et pour des systèmes où le transfert de matière est contrôlé par une réaction homogène lente. De plus, ce n’est pas une solution très économique.
Les mélangeurs-décanteurs sont sans nul doute la meilleure solution quand un grand nombre d’étages et/ou des charges et des temps de séjour importants sont requis. Ils ne conviennent pas pour des systèmes qui tendent à émulsifier. Leur conception ne...
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Choix d’un appareil d’extraction liquide-liquide
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CALDERBRANK (P.), MOO-YOUNG (M.) - * - Chem. Eng., 16, p. 39 (1961).
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(2) - VERMEULEN (T.) - * - Chem. Eng. Prog., 51, p. 85 (1955).
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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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(4) - MERCHUK (J.C.), SHAI (R.), WOLF (D.) - Experimental study of copper extraction with LIX64N by means of motionless mixers. - Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 19, p. 91-7 (1980).
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(5) - STÖLTING (M.) - Bildung der Bewegung von Einzeltropfen in einer rotierender Flüssigkeit. - Thèse Technische Universität München (1969).
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(6) - SCHLIP (R.), BLASS (E.) - Fluiddynamik in Zentrifugalextraktoren. - Chem. Ing. Tech., 54, no 4, p. 396-7 (1982).
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