1993
1993 Sujet de technologie
A) Filtration en continu sous vide
1 - Décrivez un appareil permettant cette opération en expliquant son fonctionnement (on fera un schéma).
2 – Proposez une solution permettant de récupérer le filtrat à la sortie du filtre sans casser le vide ; vous réaliserez un schéma simple que vous expliquerez.
B) Production de vapeur d’eau
1 – En vous appuyant sur un appareil de votre choix décrire le mode d’obtention de vapeur d’eau industrielle.
2 – Donnez quelques règles essentielles de sécurité s’attachant à cette fabrication.
C) Exercice
Un échangeur à faisceau tubulaire horizontal sert à condenser des vapeurs de benzène issues d’une colonne à distiller et à refroidir le distillat.
benzène vapeur
35°C benzène liquide
?
eau 15°C
Il est alimenté en eau par une pompe (selon le schéma ci-contre) qui fournit à l’eau une puissance de 150 W. La dénivellation entre la pompe et le point de refoulement de l’eau est de 5 m ; l’échangeur a une perte de charge de 2 m d’eau, celle de l’ensemble de la ligne + coudes est de 1 m d’eau.
Le débit de distillat est de 0,25 m3.h1.
L’échangeur est constitué de 60 tubes de 1,5 m de longueur et d’un diamètre moyen de 2 cm. La surface plane des plaques tubulaires de l’échangeur équivaut à 4 tubes.
On demande :
1 . la hauteur manométrique totale de la pompe 2 . le débit d’eau en m3.h1
3 . la température de sortie d’eau
4 . le coefficient U d’échange global de l’échangeur.
On donne :
Pour le benzène
• capacité calorifique moyenne du liquide 1,38 kJ.kg-1.K-1
• chaleur latente de vaporisation 420 kJ.kg-1
• température d’ébullition 80°C les vapeurs sont à cette température
• la température du distillat 35°C
• masse volumique du benzène 880 kg.m-3.
1
1993
Pour l’eau
• capacité calorifique moyenne 4,18 kJ.kg-1.K-1
• température à l’entrée de l’échangeur 15°C
• masse volumique 1000 kg.m-3 Accélération de la pesanteur 9,81 m.s2
On rappelle
B 2 B
B AB
A 2 A
A z
g v P g 2 Hmt 1 J
g z v P g 2
1
• Dans la question 1 on considérera que les pressions et les vitesses de circulation de l’eau sont les mêmes en amont et en aval de l’échangeur.
• Dans la question 4 on prendra la moyenne logarithmique des températures
2 1
2 m 1
ln
D) Schéma
PROCÉDÉD’OXYDATION
Principe :
Un composé A est oxydé par l’air dans un réacteur, équivalent à un échangeur à faisceau tubulaire vertical E1. L’air et le composé A sont injectés dans les tubes à la base du réacteur.
Le composé A est stocké dans un réservoir RA d’où il est envoyé au moyen d’une pompe centrifuge, placée en charge, à la base du réacteur E1 chauffé à la vapeur d’eau à 16 bar (le débit de vapeur est asservi à la température de sortie des produits). L’air comprimé est introduit dans le réacteur au moyen d’un compresseur centrifuge.
Les produits de la réaction sont refroidis dans un échangeur tubulaire horizontal E2 et envoyés au pied d’une tour de lavage L alimentée en tête par de l’eau déminéralisée.
On récupère en pied le composé B, produit de l’oxydation de A, et le composé A n’ayant pas réagi en solution diluée ; celle-ci est dirigée vers un réservoir tampon RT. L’air appauvri en dioxygène est évacué en tête de la tour de lavage grâce à une respiration au toit.
Le mélange de A et de B dilué, repris par une pompe centrifuge, est envoyé au tiers inférieur d’une colonne à plateaux C après préchauffage (E3). Le bouilleur est un échangeur à faisceau tubulaire monté en thermosiphon, chauffé à la vapeur.
Le composé B en solution commerciale est soutiré en pied, refroidi (E4) et stocké dans un réservoir RB.
Les vapeurs de A sont récupérées en tête, condensées (E5) puis recyclées vers
l’alimentation. La tête de colonne est munie d’un système de rétrogradation partielle : serpentin alimenté en eau dont le débit est asservi au débit de recyclage de A à la sortie de E5.
Travail demandé :
Sur la feuille annexe, réaliser le schéma de fabrication en représentant tout ce qui est nécessaire au bon fonctionnement et à la sécurité de l’installation.
2
1993
R A
E 1
E 2
L
E 5
E 3
C
R T E 5
R B
3
