Brevet de technicien supérieur contrôle industriel et régulation automatique

E5 Étude d’un système d’instrumentation, contrôle, régulation

U51 – Analyse physico-chimique d’un procédé et de son environnement

SYNTHÈSE DE L’ACIDE ÉTHANOÏQUE

Description de l’installation

L’oxydation de l'acétaldéhyde (ou éthanal) demeure la seconde voie la plus importante de synthèse de l'acide éthanoïque ou acide acétique, bien qu'elle ne soit pas compétitive par rapport à la carbonylation du méthanol.

À 70°C et 10 bar, en présence de différents ions métalliques, en particulier de manganèse, de cobalt et de chrome, qui jouent le rôle de catalyseur, l'acétaldéhyde peut être oxydé par le dioxygène de l'air pour produire de l'acide acétique.

Grâce aux catalyseurs, cette transformation chimique peut atteindre un rendement de plus de 95 %. Les principaux sous-produits sont l'acétate d'éthyle, l'acide formique et le formaldéhyde. Tous ces composés ont une température d'ébullition inférieure à celle de l'acide acétique et peuvent être facilement séparés par distillation.

Le réacteur (1) est une tour cylindrique fonctionnant sous une pression de 10 bar.

Au sommet de ce réacteur sont introduits à l’aide d’une rampe de pulvérisation : l’acétaldéhyde recyclé provenant de la colonne de rectification (4), et le catalyseur (mis en solution dans l’acétaldéhyde). Le réacteur est alimenté en air comprimé à contre-courant. Les débits des réactifs sont maintenus constants.

La réaction étant exothermique, il faut évacuer l’énergie libérée. Pour cela, une fraction du milieu réactionnel circule au moyen d’une pompe centrifuge, au travers d’un échangeur (2) alimenté en eau, la circulation des fluides s'effectuant à contre-courant.

Le débit du milieu réactionnel recyclé est constant et la température dans le réacteur est régulée par le débit d’eau. Les gaz résiduaires sortant du réacteur, entraînant de faibles quantités de produits et de réactifs, sont détendus et introduits dans une colonne de lavage (3).

Les gaz sont lavés à l’eau avant d’être rejetés dans l’atmosphère. La solution récupérée en pied de colonne est recyclée et renvoyée, à l’aide d’une pompe centrifuge, dans le réacteur. Le milieu réactionnel est soutiré du réacteur (1) en fonction du niveau de liquide dans (1) puis envoyé par la pompe (5) dans une colonne de rectification (4). Cette colonne fonctionne sous pression. En tête, on récupère l’éthanal non converti qui est alors recyclé dans (1). En pied, on obtient une fraction riche en acide acétique.

L'étude porte sur 6 parties :

• Partie A : étude préliminaire de la réaction mise en œuvre
• Partie B : étude de la circulation du milieu réactionnel entre le réacteur 1 et la colonne 4
• Partie C : analyse du produit synthétisé.
• Partie D - étude du correcteur numérique.
• Partie E - étude de l’entraînement de l’agitateur
• Partie F - mesure de la vitesse de rotation de l’agitateur