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RÉSUMÉ
L’intensification des procédés consiste, par le développement de méthodes, de techniques et d’appareils adaptés, à concevoir des procédés plus compacts et plus économiques dont la capacité de production est de plusieurs fois supérieure à celle d’un procédé conventionnel. L’intensification s’inscrit dans un contexte de développement durable et répond donc à des enjeux environnementaux, économiques et sociétaux. Cet article a pour objectif de donner des éléments sur la demande industrielle de l’intensification des procédés, d’expliquer comment réaliser l’intensification des procédés, et d’indiquer les obstacles et les voies d’avenir pour l’intensification des procédés.
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Jean-Claude CHARPENTIER : Professeur et directeur de recherche émérite CNRS - Ancien directeur de l'ENSIC, de l'ESCIL et de l'ESCPE Lyon et du département sciences pour l'ingénieur du CNRS - Former président de la Fédération européenne de génie chimique Laboratoire réactions et génie des procédés CNRS/ENSIC/Université de Lorraine, France
INTRODUCTION
Dans le cadre du développement durable, de la protection de l'environnement et de la globalisation des marchés, il existe une prégnante et urgente demande qui combine à la fois un attrait des marchés « market pull » et une demande d'innovation technologique « technology push ». La réponse est apportée par l'intensification des procédés qui se définit par « produire beaucoup plus et mieux en consommant beaucoup moins » en utilisant de nouveaux modes opératoires avec les équipements existants ou bien en utilisant de nouveaux équipements basés sur des principes scientifiques qui conduisent à de nouveaux modes ou échelles de production de produits ciblés par des consommateurs de plus en plus exigeants.
L'intensification des procédés peut être menée :
-
avec des équipements et réacteurs multifonctionnels (hybridation d'opérations unitaires) ;
-
avec des réacteurs microstructurés ;
-
avec de nouveaux modes opératoires de production ;
-
avec des modes utilisant des milieux réactionnels de la chimie verte ;
-
avec une chimie intensifiée dans des réacteurs microstructurés pour lesquels les phénomènes de transfert de chaleur et de matière sont parfaitement dominés « novel process windows ».
Cela peut conduire à des économies cumulées de 30 % de matières premières et d'énergies et en coûts opératoires, mais il existe cependant plusieurs obstacles importants à surmonter pour que la méthodologie et les technologies de l'intensification des procédés soient encore plus répandues qu'elles ne le sont aujourd'hui.
Toutes ces considérations vont justifier la publication d'articles sur l'intensification des procédés dans une nouvelle rubrique de Techniques de l'Ingénieur.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Intensification des procédés : comment ?
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1. Demande industrielle d'intensification des procédés
Les progrès effectués depuis 1990 en recherche de base et développement portant sur le génie chimique et le génie des procédés, en instrumentation scientifique analytique fine et en outils informatiques ont conduit à une meilleure compréhension et modélisation des phénomènes physico-(bio)chimiques et des transferts d'extensités (quantité de mouvement, chaleur, matière) qui interviennent aux différentes échelles de temps et d'espace de la chaîne de production chimique (depuis l'échelle de la molécule, du site catalytique ou du principe actif, du gène ou de l'usine cellulaire jusqu'aux échelles des unités et des sites de production) (figure 1).
Il est donc possible aujourd'hui de concevoir de nouveaux modes opératoires avec des équipements existants ou bien de concevoir de nouveaux équipements basés sur des principes scientifiques qui conduisent à de nouveaux modes ou échelles de production de produits ciblés par des consommateurs de plus en plus exigeants : c'est ce qu'on appelle « l'intensification des procédés ».
Le but clairement affiché est d'imaginer des procédés et/ou de concevoir des équipements et réacteurs pour produire plus (et mieux) en utilisant beaucoup moins. Cela signifie produire plus et mieux :
-
dans de plus petits volumes ;
-
avec une plus grande efficacité ;
-
avec une réduction de la consommation énergétique et des matières premières ;
-
avec une minimisation de l'impact environnemental dû à l'utilisation d'un moins grand nombre de solvants et à des coûts de transports réduits ;
-
avec une production industrielle combinant de multiples opérations unitaires dans un unique équipement ou en réduisant le nombre d'étapes et d'unités de production.
Cela peut conduire aujourd'hui à des réductions de coûts de production allant jusqu'à 30 %.
Il est clair que pour répondre à la demande sociétale de développement durable et pour apporter une contribution à la lutte contre la destruction environnementale et contre le comportement non durable d'un certain nombre de productions industrielles actuelles, l'intensification des procédés comporte une approche développement durable dans la conception des équipements et réacteurs. Cette approche est maintenant adoptée...
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Demande industrielle d'intensification des procédés
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
F3 FACTORY, EU Large-Scale Project, Flexible, fast and future production processes http://www.f3factory.com
F3 Project, What Will Tomorrow's Chemical Plant Look Like ? https://www.process-worldwide.com/what-will-tomorrows-chemical-plant-look-like-a-300750/
COPIRIDE, EU Large-Scale Project, Combining Process Intensification-driven Manufacture of Microstructures Reactors and Process Design regarding to Industrial Dimensions and Environment http://www.copiride.eu
PILLS, EU Large-Scale Project, Process intensification methodologies for liquid-liquid systems in structures equipment http://www.fp7pills.eu
European Roadmap for Process Intensification, Creative energies, Energy transition http://fr.slideshare.net
Integrated Multiscale Process Units with Locally Structured Elements IMPULSE http://www.impulse-project.orga
Horizon 2020 (H-2020) http://www.ec.europa.eu/programmes/horizon2020
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