📝 Résumé Chapitre 1 – Opérations unitaires et équilibres entre phases

Résumé – Chapitre 1 : Généralités sur les opérations unitaires et équilibres entre phases

1. Généralités sur les opérations unitaires

Définition :

Les opérations unitaires sont les différentes étapes d’un procédé industriel permettant :

• le transfert de matière
• le transfert de chaleur
• le transfert de quantité de mouvement
• la séparation des constituants d’un mélange

Principe fondamental :

➡️ Mise en contact de différentes phases (liquide, vapeur, solide)

Démarche générale :

• Les données d’équilibre
• Les bilans de matière et d’énergie
• Le dimensionnement des équipements

Types d’opérations :

• basées sur la volatilité
• basées sur la solubilité

Exemples :

• Distillation
• Extraction
• Adsorption
• Cristallisation

2. Équilibre liquide-vapeur (ELV)

Définition :

L’équilibre liquide-vapeur est atteint lorsque :

• les potentiels chimiques sont égaux
• ou les fugacités sont égales dans les deux phases

Étage théorique :

Dispositif idéal où liquide et vapeur sont en équilibre, très utilisé en distillation.

3. Relations thermodynamiques

Coefficient de partage :

\[ K_i = \frac{y_i}{x_i} \]

Plus \(K_i\) est grand → composant plus volatil

Volatilité relative :

\[ \alpha_{ij} = \frac{K_i}{K_j} \]

Interprétation :

• \(\alpha > 1.2\) → séparation facile
• \(\alpha \approx 1\) → séparation difficile

4. Lois fondamentales

Loi de Dalton :

\[ P_i = y_i \cdot P \]

Loi de Raoult :

\[ P_i = x_i \cdot P_i^0 \]

Loi de Henry :

\[ P_i = H_i \cdot x_i \]

📌 Valable pour solutions diluées

5. Systèmes réels

• Systèmes non idéaux : introduction du coefficient d’activité \(\gamma\)
• Azéotropes : mélanges où liquide = vapeur

➡️ Impossible à séparer par distillation simple

6. Points caractéristiques

• Point de bulle : apparition des premières bulles de vapeur
• Point de rosée : apparition des premières gouttes de liquide

7. Diagrammes binaires (T-x-y ou P-x-y)

Utilité :

• déterminer la nature des phases
• leurs compositions
• les conditions opératoires

Domaines :

• Liquide
• Liquide + vapeur
• Vapeur

Règle du levier :

\[ \frac{L}{V} = \frac{M_V}{M_L} \]

8. Points importants à retenir

• Les opérations unitaires sont la base du génie des procédés
• L’ELV est essentiel pour la distillation
• La volatilité relative contrôle la séparation
• Les lois de Dalton, Raoult et Henry sont fondamentales
• Les diagrammes binaires sont indispensables pour l’analyse

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