Bilans matière et énergétique pour l'ingénierie chimique. Principes et applications pratiques, avec

Extrait de l'introduction

Ce chapitre doit vous permettre

1. De comprendre ce qu'est l'ingénierie chimique.
2. D'expliquer les différences entre valeurs, unités et dimensions d'une expression.
3. De passer d'un système d'unité à un autre.
4. D'utiliser des arguments dimensionnels pour vérifier la validité d'une équation.
5. De comparer deux quantités à l'aide d'un groupe adimensionnel.
6. D'utiliser la notation scientifique (avec le nombre correct de chiffres significatifs)
7. De déterminer le nombre de chiffres significatifs d'une valeur donnée et d'un résultat arithmétique.

1.1 Qu'est-ce que l'ingénierie chimique?

Il n'existe à ce jour pas de définition universellement acceptée de l'ingénierie chimique. On peut trouver dans un dictionnaire que «l'ingénierie chimique est une branche de l'ingénierie qui implique la conception et la mise en oeuvre d'usines chimiques, de raffineries pétrochimiques et autres, à échelle industrielle». Autre définition qui circule sur Internet: «L'ingénierie chimique traite des procédés nécessaires à la transformation de la composition chimique ou physique, de la structure ou de l'état physique de substances.» Malgré l'absence de consensus parmi les ingénieurs chimistes sur la définition de leur discipline, qui peut être attribuée à la nature très ouverte de la discipline elle-même, il n'y a aucun désaccord sur le fait que les ingénieurs chimistes:

? convertissent des matériaux de faible valeur en produits à forte valeur;
? sont impliqués dans la conception et le développement de produits;
? conçoivent des procédés de fabrication;
? interviennent lors des augmentations d'échelle, du développement et de l'optimisation des procédés;
? réalisent l'analyse économique des procédés de production;
? exploitent et contrôlent les procédés de manière à s'assurer que la qualité des produits est conforme aux spécifications;
? sont impliqués dans la gestion des procédés;
? interviennent dans les ventes et le service technique associés aux produits.

Comme l'ingénierie chimique repose sur des principes aussi variés que la nature qui nous entoure, les possibilités offertes aux ingénieurs sont immenses et les défis auxquels ils sont confrontés souvent difficiles et en constante évolution. De manière succincte, les applications de l'ingénierie chimique couvrent:

? des domaines traditionnels, comme l'extraction minière, la pâte à papier et le papier, le raffinage pétrolier, les matériaux (caoutchoucs, plastiques) et l'environnement;
? des domaines non traditionnels tels que la microélectronique (fabrication des semi-conducteurs), les biotechnologies (procédés de production pharmaceutique, ingénierie génétique, etc.) et les nanotechnologies;
? d'autres domaines (par ex. médecine, juridique et commerce).

Tous les systèmes d'ingénierie chimique ont en commun de mettre en oeuvre des procédés dont la finalité est de transformer des matières premières en produits. Un problème typique de conception d'un nouveau procédé ou de modification d'un procédé existant se pose comme suit: «Étant donné la quantité et les propriétés des matières premières, calculer la quantité des produits et en déterminer les propriétés, ou vice versa». Pour répondre à cette question, les ingénieurs chimistes disposent d'outils puissants qui s'appuient sur les bilans matière et énergétique.