Olympiade Internationale de Chimie · Année 2002

Problèmes

Problème 4Production de méthanol. Le méthanol ( $\ce{CH3OH}$ ) sert aux additifs d'essence et à de nombreuses matières plastiques. L'usine repose sur $\ce{CO + 2H2 -> CH3OH}$ ; $\ce{H2}$ et CO proviennent du reformage $\ce{CH4 + H2O -> CO + 3H2}$ . L'usine comprend trois unités : le reformeur, le réacteur à méthanol et un séparateur qui retire le méthanol de CO et $\ce{H2}$ . Les positions : α = alimentation du reformeur ( $\ce{CH4}$ , $\ce{H2O}$ ) ; β = gaz entrant dans le réacteur (CO, $\ce{H2}$ ) ; γ = flux sortant du réacteur avant séparation (CO, $\ce{H2}$ , $\ce{CH3OH}$ ) ; δ = excès de CO et $\ce{H2}$ après le séparateur. Le débit de méthanol en γ est $n(\ce{CH3OH}, \gamma) = 1000$ mol s $^{-1}$ ; le procédé convertit les 2/3 du CO en méthanol et la réaction de reformage est totale. (4.1) Calculer les débits de CO et $\ce{H2}$ en β. (4.2) Calculer les débits de CO et $\ce{H2}$ en γ. (4.3) Calculer les débits de $\ce{CH4}$ et $\ce{H2O}$ nécessaires en α. (4.4) Toutes les espèces sont gazeuses en γ ; avec $p = 10$ MPa, calculer les pressions partielles de CO, $\ce{H2}$ et $\ce{CH3OH}$ par $p_i = p\, n_i/n_{\mathrm{tot}}$ . (4.5) Si le réacteur est assez grand, l'équilibre est atteint et $K_p = \dfrac{p(\ce{CH3OH})\,p^0}{p(\ce{CO})\,p(\ce{H2})^2}$ avec $p^0 = 0.1$ MPa. Calculer $K_p$ (la température lue sur le graphe $\log K_p$ – $T$ est ≈ 630 K).Solutions: 1