Modèle de concours de recrutement des ingénieurs d'État — Ministère de l'Industrie, du Commerce et des Nouvelles Technologies — 21 avril 2013 — épreuve de génie chimique ou procédés industriels

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‎Ministère de l'Industrie, "© ‏وزارةالصناعة‎
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Nouvelles Technologies 3 ‏ل‎
Epreuve de Génie Chimique
Ou
Procédés Industriels
Durée : 4 heures
Dimanche 21 Avril 2013
Ù

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Problème 1 : Production ‏عل‎ l’acide adipique dans une colonne à bulles (6points)
La réaction de l’oxygène (constituant A) et le cyclohexane (constituant B) conduit à la
production de l’acide adipique. Au sein de l’absorbeur, le transfert de matière entre la phase
gazeuse et la phase liquide est couplé à une réaction chimique irréversible dans la phase
liquide. La réaction est d’ordre 1 par rapport à A. Comme le montre la figure 1, l’absorbeur
est un réacteur continu, ouvert au gaz (Air) et ouvert au liquide contenant le cyclohexane.
L’absorbeur fonctionne à une pression atmosphérique et à une température T = 20°C
(Réacteur isotherme). La solubilité de A dans B est faible. En bas de l’absorbeur, le gaz
pénètre en continu au sein du liquide à un débit constant et connu. Le constituant A est
transféré de la phase gazeuse vers la phase liquide et qui réagit avec le réactif B. On suppose
que les autres constituants du mélange gazeux sont inertes de point de vue transfert de matière
vers la phase liquide. Les écoulements des deux phases sont de type piston. La fraction
gazeuse ‏مع‎ est égale à 5% et on suppose que la taille des bulles dans la colonne est identique.
Coefficient de diffusion de l’oxygène :
Phase gazeuse : Dac = 0.8 10° m°/s
Phase liquide : Da = 2.0 10° m°/s
Masse volumique à 20 °C :
Phase gazeuse : ‏ويم‎ 1.2 kg/m°
Phase liquide : Priquide = 1000 kg/m?
Viscosité dynamique :
Phase gazeuse : 1 = 0.00002 Pa.s
Phase liquide : ‏حير‎ 0.001 Pa.s
Diamètre de la colonne :
D. = 40 cm
Hauteur de ia colonne :
He = 220 cm
Constante cinétique :
ki= 0.013 s'
Diamètre de la bulle :
dé = | mm
Figure 1: réacteur semi-continu. Vitesse terminale de la bulle :
ouvert au gaz et fermé au liquide Us = 25 cms"!
Liquide
Liquide
1. Rappeler les différents modes opératoires du fonctionnement d’un échangeur Gaz-
Liquide et donner une description simple et claire de l’opération d’absorption
2. Quelle est la signification physique du nombre de Hatta (Ha = [k Dal" ki) (ki est
le coefficient de transfert côté film liquide, m/s).
3. Identifier le régime réactionnel. Sachant que le nombre de Sherwood côté liquide Shr
est obtenu en utilisant le modèle de Higbie (Sh,=1.13 Pe!? avec Pe est le nombre de
Péclet côté liquide).
4. Est-il intéressant de travailler à faible fraction liquide. Commenter,
5. Déterminer la valeur de l’aire interfaciale volumique d’échange a° (il faut établir
lexpression). ‘

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Problème 2 : influence de l’inerte sur le taux de conversion (8points)
L'éther diméthylique est décompose en phasegazeuse, à température constante (T = 504
°C) dans un réacteur tubulaire de volume V — 50 litres suivant la réaction :
(CH3}O ——+CHi+ H2+CO
La cinétique de la réaction est d’ordre un : # = k.Cether, avec k = 4, 3.1 ‏و04‎
En fonctionnement normal, l'alimentation d'un débit volumique total de 100 litres/heure
(mesuré dans les conditions de la réaction) contient 40 % mole d'éther et 60 % mole d'inerte.
Le débit molaire d'éther à l’entrée du réacteur reste constant.
Déterminer l'influence d'une épuration partielle ou totale de l'alimentation sur le taux de
conversion de l'éther.
NB: on appelle a la teneur en inerte par rapport à celle de l'éther dans l'alimentation :
- sans épuration : «= 1,5
- épuration totale : » = 0
Problème 3 (6points)
On fait circuler un fluide de masse volumique ‏حم‎ 935Kg/m et de viscosité
dynamique y = 1.02 poiseuille, dans un tube horizontal de 100 mm de diamètre sous un
gradient de pression de 40 Pa/m.
1) Quel est le régime de l’écoulement,
2) Déterminer le débit volumique Q,
3) Que ce passe t-il dans le cas d’un tube vertical avec un gradient de pression exercé de
haut vers le bas.
4) Que ce passe t-il si on remplace ١ huile par l’eau en maintenant le même gradient de
pression, donnez dans ce cas :
-__4-1/ l'épaisseur de la sous couche laminaire
- 4-2] l'épaisseur de la zone intermédiaire
5) Déterminer la vitesse dans :
- _5-1/ la sous couche laminaire,- 5-2/ la zone intermédiaire,
- _5-3/ le centre du tube.