Présentation
Auteur(s)
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Gérard COTE : Ingénieur de l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris (ESPCI) - Docteur d’État ès sciences physiques - Directeur de recherche au CNRS - Professeur à l’ENSCP (École nationale supérieure de chimie de Paris)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L‘extraction liquide-liquide est une technique de séparation largement utilisée à l’échelle industrielle, dans des domaines aussi variés que l’hydrométallurgie classique, l’industrie nucléaire, la pétrochimie, l’industrie pharmaceutique ou encore l’industrie agroalimentaire. Bien que le principe de cette technique soit relativement simple, les séparations qu’elle permet de réaliser sont en réalité le résultat de la conjonction d’un grand nombre de phénomènes physico-chimiques. Le but des trois articles qui suivent et qui sont fortement axés sur les aspects théoriques de l’extraction liquide-liquide est de sensibiliser le lecteur à l’existence de tels phénomènes physico-chimiques et de montrer comment il est possible d’en tirer profit pour optimiser une séparation.
Le fascicule Extraction liquide-liquide- Présentation générale le principe de la méthode ainsi qu’un certain nombre de définitions qui s’y rattachent, puis propose une classification des systèmes d’extraction avant d’aborder la question des contraintes imposées par un procédé industriel.
Le fascicule Extraction liquide-liquide- Bases physico-chimiques des procédés est centré sur les aspects thermodynamiques et cinétiques des transferts de matière entre deux phases liquides non miscibles.
Le fascicule Extraction liquide-liquide- Définition du procédé - Réactifs industriels, quant à lui, donne quelques éléments sur la définition d’un procédé d’extraction liquide-liquide, mais il est surtout consacré à la présentation des réactifs industriels disponibles pour formuler un solvant d’extraction.
Les fascicules suivants Extraction liquide-liquide- Modélisation des colonnes et Extraction liquide-liquide- Choix, calcul et conception des appareils concernent plus particulièrement les aspects pratiques, la mise en œuvre et le développement industriel. Enfin, le lecteur pourra consulter avec intérêt le fascicule Extraction par fluide supercritique qui est entièrement axé sur les séparations par extraction à l’aide de fluides supercritiques.
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- Version courante de juin 2017 par Gérard COTE
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1. Généralités
L’extraction liquide-liquide constitue une opération unitaire de Génie chimique. Elle doit son origine à la chimie analytique dont les méthodes d'identification des espèces en solution sont fondées sur des techniques de séparation. Plus précisément, l’extraction liquide-liquide est un procédé qui permet la séparation de deux ou plusieurs constituants d’un mélange en mettant à profit leur distribution inégale entre deux liquides pratiquement non miscibles.
Généralement, on met en contact intime une solution d’alimentation, contenant les constituants à séparer (solutés) avec une seconde phase liquide appelée solvant qui extrait préférentiellement un ou plusieurs des solutés. Le solvant qui contient alors le ou les solutés est désigné sous le terme d’extrait, la solution d’alimentation ayant perdu la majeure partie de ces mêmes constituants est appelée raffinat (figure 1).
En pratique, l’utilisation d’un procédé d’extraction liquide-liquide requiert deux opérations successives :
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une mise en contact intime des deux phases liquides durant un temps suffisant à l’obtention de l’équilibre ou d’un état proche de l’équilibre et pendant lequel le ou les solutés sont transférés de la phase d'alimentation dans le solvant. À l’équilibre, le rapport des concentrations du soluté dans l'extrait et le raffinat, appelé rapport (ou coefficient) de distribution, donne une mesure de l’affinité relative du soluté pour les deux phases ;
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après leur contact, une séparation ultérieure des deux liquides (extrait et raffinat) sous l’effet de la gravité naturelle auquel peut s'ajouter dans certains cas la mise en œuvre d’autres forces : force centrifuge, champ électrique, etc.
Depuis maintenant près d’un demi-siècle, l’extraction liquide-liquide est largement utilisée dans l’industrie au même titre que d’autres techniques de séparation dont la distillation, l’échange d’ions, la précipitation et plus récemment les techniques membranaires. Ce sont les industries nucléaire et pharmaceutique qui permirent ses premiers développements industriels au cours des années 1940-1950, puis l’industrie pétrolière et pétrochimique au cours des années 1955-1965. C’est à...
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