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Article

1 - GÉNÉRALITÉS

2 - CHOIX D’UN APPAREIL D’EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE

  • 2.1 - Critères de choix
  • 2.2 - Avantages et inconvénients des différents types d’appareils

3 - CALCUL DES APPAREILS

4 - ESSAIS PILOTES ET EXTRAPOLATION

5 - CONCEPTION ET EXPLOITATION DES UNITÉS INDUSTRIELLES D’EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE

6 - APPLICATIONS INDUSTRIELLES DE L’EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE

  • 6.1 - Applications en chimie minérale
  • 6.2 - Applications en chimie organique

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : J2766 v1

Essais pilotes et extrapolation
Extraction liquide-liquide - Choix, calcul et conception des appareils

Auteur(s) : Jean LEYBROS

Date de publication : 10 déc. 2004

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Sommaire

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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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Auteur(s)

  • 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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2766


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4. Essais pilotes et extrapolation

4.1 Procédures d’essais pilotes

Le programme d’essais doit être défini de façon à obtenir des données de natures fondamentales, telles que les effets de la concentration en soluté et du sens du transfert de matière.

  • Pour cela, il faut satisfaire aux contraintes suivantes.

    • L’unité pilote doit avoir une capacité au moins égale à 10 % de la capacité industrielle, ce qui conduit, par exemple, à un diamètre minimal de l’ordre de 50 à 100 mm dans le cas d’une colonne.

    • La hauteur de la colonne doit correspondre à 5 ou 6 unités de transfert vraies (environ 3 à 4 dans l’hypothèse d’un écoulement piston), ou pour un contacteur étagé, un minimum de 8 à 10 compartiments.

    • Les internes de colonne doivent être définis de façon à conserver des caractéristiques de dispersion identiques entre l’unité pilote et l’appareil industriel. Les règles pour trois types de colonnes couramment utilisées sont les suivantes :

      • colonne à garnissage : le garnissage doit être du même type et de préférence de même taille que celui de l’échelle industrielle. Le second critère n’est pas toujours possible et, dans ce cas, on utilise un garnissage de plus petite taille ;

      • colonne à plateaux agités (KARR) : le diamètre de perforations des trous et l’espacement des plateaux doivent être maintenus constants quelle que soit l’échelle ;

      • colonne à agitation rotative : les internes de colonnes doivent être choisis par similitude hydraulique à l’exception de la hauteur des compartiments qui peut varier comme en l’absence de recommandation spécifique (Dc diamètre de la colonne).

    • Dans le cas d’une relation d’équilibre non linéaire, les tests doivent porter sur au moins deux domaines de concentrations pour lesquels la relation d’équilibre est quasi linéaire.

  • La procédure d’essais sur le système réel est la suivante :

    • détermination des conditions...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CALDERBRANK (P.), MOO-YOUNG (M.) -   *  -  Chem. Eng., 16, p. 39 (1961).

  • (2) - VERMEULEN (T.) -   *  -  Chem. Eng. Prog., 51, p. 85 (1955).

  • (3) - RAYON (A.D.), DALEY (F.L.), LOWRIE (R.S.) -   Scaleup of mixer settlers.  -  Chem.Eng.Progr., 55, no 10, p. 70-5 (1959).

  • (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).

  • (5) - STÖLTING (M.) -   Bildung der Bewegung von Einzeltropfen in einer rotierender Flüssigkeit.  -  Thèse Technische Universität München (1969).

  • (6) - SCHLIP (R.), BLASS (E.) -   Fluiddynamik in Zentrifugalextraktoren.  -  Chem. Ing. Tech., 54, no 4, p. 396-7 (1982).

  • ...

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