1994 Sujet de technologie
I . Schéma
Réaction 1 : 2 CH3COOC2H5 + 2 Na CH3COCHNaCOOC2H5 + C2H5ONa + H2
Réaction 2 : CH3COCHNaCOOC2H5 + 1/2 H2SO4 CH3COCH2COOC2H5 + 1/2 Na2SO4
DONNÉES : Points d'ébullition sous 1 bar
Binaire eau - acétate d'éthyle 70,4 °C
Acétate d'éthyle 78 °C (inflammable)
Acétylacétate d'éthyle 180 °C 1 .
RÉACTION 1 : Dans le réacteur A
- Charge de 300 litres d'acétate d'éthyle stocké dans le réservoir R1 la coulée se fait par gravité vers le réacteur A.
- Charge de 23 kg de sodium par distributeur étanche (ne pas représenter).
- Chauffage, du réacteur A, par circulation de vapeur dans une double enveloppe (régulation de température).
Au bout d'une demi-heure, l'attaque du sodium commence et il se produit un dégagement de
dihydrogène. Afin de suivre la réaction, le réacteur est surmonté d'un échangeur à faisceau tubulaire E1, les condensats retournent au réacteur, les incondensables alimentent un brûleur (à ne pas
représenter).
Une fois la réaction terminée, on refroidit le réacteur par circulation, dans la double enveloppe, d'eau froide.
2 .
RÉACTION 2
Pendant le déroulement de la réaction 1, on charge dans le décanteur D : - 80 kg d'acide sulfurique, stocké dans R2, coulé par gravité.
- 70 kg de glace, introduction par trémie - 50 L d'eau.
Une fois la réaction 1 terminée, le contenu de A est filtré par gravité puis recueilli dans un bac tampon R5. Il est ensuite introduit à l'aide d'une pompe centrifuge, dans le décanteur D, muni d'un agitateur.
L'agitation est arrêtée ; on laisse décanter ; la température est alors de 30°C. La phase
hydroalcoolique inférieure est envoyée vers un bac de stockage R3. La phase restante est alors neutralisée par du carbonate de sodium à 30 %, stocké dans R4 (régulation de pH). On laisse décanter et on soutire la phase aqueuse vers R3. La phase organique restante est alors envoyée dans le bouilleur d'une unité de distillation discontinue.
3 . DISTILLATION
La colonne à distiller comporte 10 plateaux (C)
Le bouilleur (B) est chauffé par circulation de vapeur dans une double enveloppe et la température est régulée.
En tête de colonne, les vapeurs sont condensées dans les tubes d'un échangeur à faisceau tubulaire incliné E2 puis dirigées vers un bac tampon :
- une partie du condensat assure le reflux dont le débit régule la température en tête de colonne.
- le reste est envoyé vers des réservoirs de stockage (à ne pas représenter).
Une fois les différentes fractions récupérées, la distillation est arrêtée et le contenu du bouilleur est soutiré et envoyé vers le stockage (à ne pas représenter).
4 . TRAVAIL DEMAND É
Effectuer sur format A4 le schéma de l'installation en y faisant figurer les dispositifs de contrôle et de régulation nécessaires à la bonne marche de la fabrication.
II . Les pompes
1.1 . Schéma, description, principe, fonctionnement d’une pompe volumétrique.
1.2 . Schéma, description, principe, fonctionnement d’une pompe centrifuge.
1.3 . Couplage de pompes :
Sur le graphe en annexe correspondant aux caractéristiques d’une pompe, donner l’allure de la courbe hauteur manométrique totale en fonction du débit pour deux pompes centrifuges identiques placées en série puis en parallèle.
III . Exercices
2.1 . Exercice 1
Un échangeur à faisceau tubulaire vertical est utilisé pour refroidir du benzène liquide. Le benzène arrive liquide à 80°C et ressort liquide à 18°C. L’eau utilisée pour le refroidissement arrive à 12°C et ressort à 22°C avec un débit de 0,72 m3.h1.
2.1.1 . Si on se place du point de vue thermique, les deux montages co-courants et contre courant sont-ils possibles ? (Justifier la réponse)
2.1.2 . Si on se place dans le cas du contre courant, calculer le débit volumique horaire du benzène, la surface de l’échangeur et le nombre de tubes de l’échangeur.
Données Benzène
Capacité thermique massique 1,92 kJ.kg-1.K-1
Masse volumique 879 kg.m-3
Eau
Capacité thermique massique 4,18 kJ.kg-1.K-1
Masse volumique 1000 kg.m-3
Échangeur
Dimensions des tubes longueur 1 m et rayon 5 cm
Coefficient global d’échange 220 kJ.m2.K1.h1
Moyenne logarithmique des températures
2 1
2 1 m ln
2.2 . Exercice 2
Une pompe aspire l’eau (masse volumique 1000 kg.m-3) d’un puits de niveau constant à 3 m de profondeur et la refoule dans un ballon, la canalisation de diamètre constant débouchant dans la partie haute du ballon, à 2 m au-dessus du sol.
La canalisation mesure 8 m et comporte 4 coudes et 1 vanne.
Les pertes de charges sont de 5 cm d’eau / m de canalisation (chaque coude et chaque vanne est équivalente à 0,5 m de canalisation).
2.2.1 . Calculer les pertes de charge.
2.2.2 . On se propose de remplir le ballon, de capacité 3 m3, dans les deux cas suivants : – le ballon est ouvert à l’atmosphère
– le ballon est fermé et la pression absolue est de 1 bar en début de remplissage.
Ballon ouvert
– calculer la hauteur manométrique totale sachant que le débit de la pompe est de 3 m3.h1.
– le rendement de la pompe étant de 70%, calculer la puissance à fournir à la pompe.
Données
Pression atmosphérique 1 bar Diamètre de la canalisation 2,5 cm
La compression de l’air se fait sans élévation notable de la température.
L’air se comporte comme un gaz parfait.
Accélération de la pesanteur g = 9,81 m.s2
Théorème de Bernoulli généralisé :
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
Annexe à rendre avec la copie.
(m³/h)
10 20 30 40 50 60 70 80 q
Hmt(mliq)
10 20 30 40 50 60
R1
E1
R2 R4
A
R5 R3
D C
B
