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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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5. Conception et exploitation des unités industrielles d’extraction liquide-liquide
5.1 Conduite et instrumentation des unités industrielles
Un atelier d’extraction liquide-liquide, en régime permanent, respectera les spécifications du schéma de procédé si les paramètres des équilibres du système (débits, concentrations, acidités libres ou pH, températures et pressions), ainsi que ceux qui déterminent l’efficacité des contacteurs (temps de séjour et intensités d’agitation), sont maintenus constants .
Du point de vue hydraulique, le maintien d’une circulation des phases à contre-courant requiert, outre l’exclusion du régime incontrôlable d’engorgement, une régulation caractéristique des procédés d’extraction par solvants : la régulation des interfaces de séparation des phases après contact mono- ou multiétage.
Mais, dans des cas particuliers de plus en plus nombreux où l’on désire des séparations extrêmement fines (cas de l’industrie nucléaire ou électronique par exemple), le type de contrôle précédent devient insuffisant, notamment au cours des fluctuations de régime transitoire causées par une variation inévitable des facteurs d’influence au cours de l’exploitation (démarrages ou matières premières industrielles). En effet, outre la production de produits finis hors spécifications, peuvent apparaître des pics de concentration à éviter (conduisant, dans le cas du plutonium, à une situation surcritique, et donc de divergence neutronique). Des analyseurs, de préférence montés en ligne, et la connaissance des caractéristiques de réponse dynamique des appareils deviennent indispensables pour assurer une régulation plus sophistiquée, du type action en retour. Il devient nécessaire de disposer de modèles mathématiques décrivant l’hydraulique et le transfert de masse, utilisés par un ordinateur qui calculera et ajustera, en temps réel, les actions des régulateurs ...
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BIBLIOGRAPHIE
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