Calculateurs gratuits pour le génie des procédés
17 calculs de procédés chimiques : réacteurs, cinétique, bilans matière, chaleur, pression de vapeur et distillation. Formule visible et problèmes pratiques.
Réactions et réacteurs
Conversion, rendement et sélectivité
Rendement = conversion × sélectivité. Une sélectivité qui baisse signale souvent une température trop haute ou un catalyseur qui vieillit.
Temps de passage et conversion : RPAC et piston
Réaction du 1er ordre, densité constante, isotherme. À volume égal, le réacteur piston convertit toujours plus que le réacteur agité.
Volume de réacteur pour une conversion visée
1er ordre, isotherme, densité constante. Au-delà de 90 % de conversion, le réacteur agité devient très gros : on met alors plusieurs réacteurs en série.
Arrhenius : effet de la température sur la vitesse
Règle pratique : avec Eₐ ≈ 50 à 55 kJ/mol, la vitesse double environ à chaque 10 °C. Attention aux réactions exothermiques : la chaleur dégagée suit la même courbe.
Énergie d'activation à partir de deux essais
k₁ et k₂ dans la même unité. Deux points seulement : pour un vrai résultat, tracer ln k contre 1/T sur au moins trois températures.
Cycle d'un lot et productivité
Les temps morts (chargement, vidange, nettoyage) pèsent souvent autant que la réaction : c'est là qu'on gagne de la capacité.
Bilans matière et mélanges
Mélange de deux courants
Bilan en masse, pas en volume : les volumes ne s'additionnent pas toujours. Vaut aussi pour mélanger deux réservoirs (kg au lieu de kg/h).
Dilution d'un acide ou d'une base forte
Toujours verser l'acide dans l'eau, lentement et en agitant (forte chaleur de dilution). Travailler en masse : les volumes ne s'additionnent pas.
Évaporateur : eau à enlever
Les solides ne s'évaporent pas : c'est le bilan qui fixe l'eau à enlever. Économie typique : 0,8 à 0,9 en simple effet, environ 0,8 × n pour n effets.
Gaz de procédé : masse volumique et débit réel
Gaz parfait (Z = 1) : bon à basse pression ; au-dessus d'environ 10 bar, corriger avec le facteur de compressibilité Z. Air : M = 28,96 ; méthane : 16,04 ; azote : 28,01.
Chaleur et énergie
Chaleur de réaction et élévation adiabatique
ΔTad = hausse de température si tout le refroidissement est perdu. Pour un lot, utiliser kmol et kg du lot. Au-dessus d'environ 50 K, faire une étude d'emballement.
Réacteur à double enveloppe : eau de refroidissement et surface
Réacteur bien agité (température uniforme). U typique en double enveloppe avec eau : 300 à 600 W/m²·K, plus bas avec l'encrassement ou un réacteur émaillé.
Chauffe d'un lot : énergie et vapeur
Chaleur sensible seulement, pertes et masse du réacteur ignorées (ajouter 10 à 20 %). Lv ≈ 2133 kJ/kg à 3 bar abs, 2015 kJ/kg à 10 bar abs.
Équilibre liquide-vapeur et distillation
Pression de vapeur (équation d'Antoine)
Constantes en mmHg et °C (tables usuelles de génie chimique) ; ne pas extrapoler hors de la plage indiquée. À la température où Psat égale la pression du réservoir, le liquide bout.
Volatilité relative et valeurs K (Raoult)
Mélange idéal (Raoult), juste pour des composés semblables (benzène-toluène, hexane-heptane). Méthanol-eau et éthanol-eau sont non idéaux : α réel différent.
Nombre minimal d'étages (Fenske)
Reflux total, α constant, mélange binaire ; Nmin inclut le rebouilleur. En marche réelle il faut environ 2 à 2,5 fois Nmin.
Reflux minimal (Underwood, binaire)
Alimentation liquide à saturation (q = 1), α constant, débits molaires constants. Facteur usuel f : 1,2 à 1,5.
Outils d'apprentissage et de vérification. Les plages indiquées sont des repères généraux : suivez toujours les procédures, les permis et les consignes de votre usine. Rien n'est envoyé : les calculs se font dans votre navigateur.