Flashcards : Génie biochimique et bilans matière (95 cartes)

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1Question

Que fait le génie (bio)chimique à grande échelle pour améliorer la condition humaine ?

Réponse

Il transforme des substances pour produire des substances utiles ou de l’énergie.

2Question

À quelle échelle le génie (bio)chimique se distingue-t-il surtout de la chimie et de la biochimie ?

Réponse

À l’échelle de la production commerciale utile.

3Question

Quelle approche caractérise le second paradigme du génie chimique ?

Réponse

Les mécanismes fondamentaux couplés, notamment les transferts de matière, d’énergie et de quantité de mouvement.

4Question

Que représente un diagramme de flux de procédé (PFD) ?

Réponse

Les transformations, les équipements et les flux de matière et de chaleur d’un procédé industriel.

5Question

Quel principe de conservation est attribué à Lavoisier ?

Réponse

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »

6Question

Quelle équation exprime le bilan massique local ?

Réponse

∂ρ∂t+∇⋅(ρv⃗)=0\frac{\partial \rho}{\partial t}+\nabla\cdot(\rho\vec{v})=0

7Question

Quelle équation exprime le bilan global de masse d’un volume de contrôle fixe ?

Réponse

dM(t)dt=Fin−Fout\frac{dM(t)}{dt}=F_{in}-F_{out}

8Question

Quelle formule exprime le bilan général de masse ?

Réponse

[Acc]=([IN]−[OUT])+([P]−[C])[Acc]=([IN]-[OUT])+([P]-[C])

9Question

Quelle relation relie la densité massique de l’espèce S à sa fraction massique ?

Réponse

ρS=ρxS\rho_S=\rho x_S.

10Question

Quel bilan décrit l’espèce S dans un système à vitesse de réaction uniforme ?

Réponse

d(MxS)dt=FinxS,in−FoutxS,out+rSV\frac{d(Mx_S)}{dt}=F_{in}x_{S,in}-F_{out}x_{S,out}+r_SV.

11Question

Quels facteurs gouvernent un réacteur (bio)chimique ?

Réponse

Le débit, la composition, la température et la pression des flux, la thermodynamique, la cinétique, les transferts, l’hydrodynamique et la géométrie.

12Question

Que décrivent les ordres cinétiques α, β, λ et μ, contrairement aux coefficients stœchiométriques ?

Réponse

Ils décrivent les exposants de la loi cinétique.

13Question

Quelles propriétés caractérisent le mélange dans un CSTR ?

Réponse

Les concentrations et la température sont uniformes dans tout le volume.

14Question

Dans quelle direction évoluent les paramètres d’un PFR ?

Réponse

Selon la direction spatiale zz.

15Question

Comment représenter un réacteur piston idéal le long de l’axe zz ?

Réponse

Comme une somme de micro-CSTR.

16Question

Sur quels bilans repose la conception des bioréacteurs ?

Réponse

Sur des bilans de matière et d’énergie.

17Question

Quels sont les trois types de bioréacteurs idéaux ?

Réponse

Le réacteur agité continu, le réacteur agité discontinu et le réacteur piston.

18Question

Quelle relation la loi de Monod établit-elle entre croissance cellulaire et substrat limitant ?

Réponse

μ=μmaxSKS+S\mu=\mu_{max}\frac{S}{K_S+S}

19Question

Quelle inégalité caractérise le cas 1 du mélange éthanol-eau ?

Réponse

yEt>xEty_{Et} > x_{Et}.

20Question

Quelle égalité caractérise le cas 2 du mélange éthanol-eau ?

Réponse

yEt=xEty_{Et} = x_{Et}.

21Question

Que représente la fraction molaire liquide xix_i du constituant ii ?

Réponse

Le rapport entre sa quantité de matière liquide et la quantité totale de matière liquide.

22Question

Combien de degrés de liberté possède un mélange binaire à deux phases selon la règle des phases ?

Réponse

Deux degrés de liberté.

23Question

Quelles zones les courbes d’ébullition et de rosée délimitent-elles dans un diagramme isobare binaire ?

Réponse

Le liquide sous la courbe d’ébullition, la vapeur au-dessus de la courbe de rosée et le domaine liquide-vapeur entre les deux.

24Question

Combien d’étapes la distillation flash utilise-t-elle pour séparer les constituants d’un mélange ?

Réponse

Une seule étape.

25Question

Quel écart minimal entre températures d’ébullition favorise l’utilisation de la distillation flash ?

Réponse

Au moins 50 °C.

26Question

Quelle est l’équation du bilan molaire total d’un étage flash ?

Réponse

F=L+VF = L + V

27Question

Quelle est l’équation du bilan énergétique d’un étage flash ?

Réponse

FhF+Q˙=LhL+VHVFh_F + \dot{Q} = Lh_L + VH_V

28Question

Dans le modèle de Maxwell-Stefan, comment s’écrit la force motrice de l’espèce k ?

Réponse

f⃗k=∑j≠kζk,jxj(V⃗k−V⃗j)\vec{f}_k = \sum_{j \ne k} \zeta_{k,j} x_j (\vec{V}_k - \vec{V}_j)

29Question

Quelle forme prend la vitesse de diffusion massique selon Hirschfelder et Curtiss ?

Réponse

Vk=−Dkm1xk∇xk+VcV_k=-D_{km}\frac{1}{x_k}\nabla x_k+V_c, à pression et température constantes.

30Question

Quelle est la loi de Fick sur base massique ?

Réponse

J⃗k=−ρDkm∇wk=−Dkm∇ρk\vec J_k=-\rho D_{km}\nabla w_k=-D_{km}\nabla\rho_k.

31Question

Que décrit le modèle de Lewis et Whitman pour le transfert gaz-liquide ?

Réponse

Le transfert entre gaz et liquide en mouvement par des couches limites minces et des cœurs de phase homogènes, sans réaction chimique.

32Question

Quelle est l’expression du flux molaire de A dans la phase liquide ?

Réponse

NA=kL(CLi−CLc)N_A=k_L(C_{Li}-C_L^c)

33Question

Quelle relation définit le coefficient global liquide KLK_L ?

Réponse

1KL=1HkG+1kL\frac{1}{K_L}=\frac{1}{Hk_G}+\frac{1}{k_L}

34Question

Quelle relation définit le coefficient global gazeux KGK_G ?

Réponse

1KG=1kG+HkL\frac{1}{K_G}=\frac{1}{k_G}+\frac{H}{k_L}

35Question

Comment dimensionne-t-on un contacteur à contact non permanent ?

Réponse

Par une approche thermodynamique en nombre d’étages.

36Question

Comment dimensionne-t-on un contacteur à contact permanent ?

Réponse

Par une approche cinétique en nombre d’unités de transfert.

37Question

Qu’est-ce que l’absorption gaz-liquide ?

Réponse

Le transfert d’une espèce gazeuse vers la phase liquide par dissolution, sans réaction.

38Question

Quelle relation exprime le bilan de A dans une section de colonne stationnaire ?

Réponse

G(0)Y(0)+L(z)X(z)=L(0)X(0)+G(z)Y(z)G(0)Y(0)+L(z)X(z)=L(0)X(0)+G(z)Y(z).

39Question

Quelle intégrale donne la hauteur de colonne dans le calcul fondé sur la phase gazeuse et un coefficient global ?

Réponse

ZT=GKGaSCGt∫Y0YZT−dYY−Y∗Z_T=\frac{G}{K_Ga_SC_G^t}\int_{Y_0}^{Y_{Z_T}}\frac{-dY}{Y-Y^*}

40Question

Comment exprime-t-on la hauteur de colonne en fonction de HTU et NTU ?

Réponse

ZT=HTU×NTUZ_T=HTU\times NTU

41Question

Quelle est l’étendue de l’échelle laboratoire et à quoi sert-elle ?

Réponse

Du millilitre au litre, elle sert à étudier la (bio)chimie et à définir une voie (bio)chimique.

42Question

Quels problèmes l’échelle pilote permet-elle de détecter ?

Réponse

Les problèmes de transfert de matière ou de chaleur et de comportement rhéologique.

43Question

À quoi correspond l’échelle industrielle et quelle est son étendue ?

Réponse

À la production, à des milliers de litres.

44Question

Quel traité fondateur du génie chimique Walker, Lewis et McAdams ont-ils publié, et quand ?

Réponse

*Principles of Chemical Engineering*, en 1923.

45Question

En quelle année le génie chimique naît-il au MIT avec W. H. Walker ?

Réponse

En 1902.

46Question

Qui introduit le concept d’opération unitaire au MIT en 1915 ?

Réponse

A. D. Little.

47Question

Quelles opérations les procédés industriels peuvent-ils inclure ?

Réponse

La synthèse, la purification, la production d’énergie, le recyclage, la valorisation, le traitement des effluents et la production de déchets ultimes.

48Question

Quels équipements industriels assurent la séparation ?

Réponse

Les colonnes, cristalliseurs, filtres, sécheurs et unités membranaires.

49Question

Quels procédés la production industrielle d’anticorps monoclonaux comprend-elle ?

Réponse

Des procédés amont et aval.

50Question

Quelle formule donne le débit massique traversant une section uniforme ?

Réponse

F=ρvAF=\rho vA

51Question

Quel symbole désigne la vitesse de l’espèce S ?

Réponse

v⃗S\vec{v}_S.

52Question

Que signifie rS<0r_S<0 pour l’espèce S ?

Réponse

L’espèce S est consommée.

53Question

Combien de phases implique une transformation hétérogène ?

Réponse

Au moins deux phases.

54Question

Selon quels critères classe-t-on les transformations (bio)chimiques ?

Réponse

Selon leur stœchiométrie, leur thermodynamique et leur nature thermique.

55Question

Quel type de réacteur correspond au fonctionnement en fed-batch ?

Réponse

Un réacteur semi-ouvert.

56Question

Comment relier les vitesses des espèces pour aA+bB⇌pP+qQaA+bB\rightleftharpoons pP+qQ ?

Réponse

rA,r−a=rB,r−b=rP,r+p=rQ,r+q\frac{r_{A,r}^{-}}{a}=\frac{r_{B,r}^{-}}{b}=\frac{r_{P,r}^{+}}{p}=\frac{r_{Q,r}^{+}}{q}

57Question

Quelle expression donne la vitesse volumique de production de P dans une réaction réversible ?

Réponse

rP,r+=krCAαCBβ−kr′CPλCQμr_{P,r}^{+}=k_rC_A^{\alpha}C_B^{\beta}-k'_rC_P^{\lambda}C_Q^{\mu}

58Question

Quelle loi décrit la constante cinétique directe krk_r en fonction de la température ?

Réponse

kr(T)=Aexp⁡(−EaRT)k_r(T)=\mathcal{A}\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)

59Question

Quel est le bilan stationnaire du substrat dans un CSTR ?

Réponse

qS=qinSin−rS−VqS=q_{in}S_{in}-r_S^-V

60Question

Comment s’écrit le bilan stationnaire de la biomasse dans un CSTR ?

Réponse

qX=qinXin+rX+VqX=q_{in}X_{in}+r_X^+V

61Question

Qu’exige une conversion totale du substrat dans le modèle de croissance du CSTR ?

Réponse

Un volume théoriquement infini lorsque la vitesse de consommation tend vers zéro.

62Question

De quel élément du PFR idéal la composition de sortie est-elle celle ?

Réponse

Du dernier élément du réacteur.

63Question

Quelle relation donne le volume différentiel d’un PFR ?

Réponse

dV=A dzdV=A\,dz

64Question

Comment un réacteur à double enveloppe contrôle-t-il sa température ?

Réponse

Un fluide caloporteur circule dans l’espace entourant la cuve.

65Question

Quels équipements thermiques peuvent équiper un réacteur agité ?

Réponse

Une double enveloppe, un serpentin externe, un serpentin interne, ou un serpentin interne associé à une double enveloppe.

66Question

Où se trouve le milieu réactionnel dans un réacteur piston à faisceau tubulaire ?

Réponse

Dans la calandre.

67Question

Où se trouve le milieu réactionnel dans un réacteur piston chemisé ?

Réponse

Dans le tube.

68Question

Comment modélise-t-on les réactions biologiques impliquant des métabolites primaires ?

Réponse

Comme des réactions chimiques reliant la croissance cellulaire à la cinétique du substrat et des métabolites par des rendements globaux ou instantanés.

69Question

À quelle température l’éthanol pur bout-il à la pression atmosphérique ?

Réponse

78,3 °C.

70Question

À quelle température l’eau pure bout-elle à la pression atmosphérique ?

Réponse

100 °C.

71Question

Quelle est la formule de la fraction molaire vapeur yiy_i ?

Réponse

yi=niV∑i=1NniVy_i = \frac{n_i^V}{\sum_{i=1}^{N} n_i^V}

72Question

Comment définit-on la volatilité absolue du constituant ii ?

Réponse

Le rapport de sa fraction molaire vapeur à sa fraction molaire liquide.

73Question

Que représente un diagramme isobare température-composition ?

Réponse

La température en fonction des compositions liquide xx et vapeur yy à pression constante.

74Question

À quoi correspond chaque ligne d’équilibre d’un diagramme isobare sur la courbe de distribution ?

Réponse

À un point de la courbe y=f(x)y=f(x).

75Question

À quelle échelle et dans quel mode la distillation flash est-elle utilisée en laboratoire ?

Réponse

À l’échelle du laboratoire, en fonctionnement discontinu.

76Question

Comment la vaporisation peut-elle être provoquée en distillation flash ?

Réponse

Par détente au travers d’une vanne, ou par chauffage dans un échangeur thermique ou une chaudière.

77Question

Quelles données nécessite le modèle d’étage idéal ?

Réponse

Des données d’équilibre liquide-vapeur et d’enthalpie-composition.

78Question

Que permet le modèle d’étage idéal sans données cinétiques ni hydrodynamiques ?

Réponse

Il permet de concevoir ou d’adapter une unité.

79Question

Comment le coefficient de frottement ζk,j\zeta_{k,j} est-il relié à la diffusivité de Maxwell-Stefan ?

Réponse

ζk,j=RTDk,j\zeta_{k,j}=\frac{RT}{\mathfrak{D}_{k,j}}

80Question

Quelle relation exprime la symétrie de la diffusivité binaire de Maxwell-Stefan ?

Réponse

Dk,j=Dj,k\mathfrak{D}_{k,j}=\mathfrak{D}_{j,k}

81Question

Comment définit-on la force motrice de l’espèce k à partir de son potentiel total ?

Réponse

f⃗k=−∇ψk\vec f_k=-\nabla\psi_k

82Question

Comment Hirschfelder et Curtiss définissent-ils la diffusivité de k dans le mélange ?

Réponse

Dkm=1−wk∑j≠kxj/Dj,kD_{km}=\frac{1-w_k}{\sum_{j\ne k}x_j/\mathfrak{D}_{j,k}}.

83Question

Quelle condition sur le flux massique total impose la vitesse de correction ?

Réponse

∑kJ⃗k=ρ∑kwkV⃗k=0\sum_k\vec J_k=\rho\sum_k w_k\vec V_k=0.

84Question

Quel profil de concentration le modèle des deux couches prévoit-il dans chaque couche limite ?

Réponse

Un profil linéaire de concentration.

85Question

Quelles expressions donnent les coefficients locaux de transfert liquide et gazeux ?

Réponse

kL=DALδL,kG=DAGδGk_L=\frac{D_{AL}}{\delta_L},\quad k_G=\frac{D_{AG}}{\delta_G}

86Question

Comment exprimer le flux NAN_A avec les concentrations fictives ?

Réponse

NA=KL(CL∗−CLc)=KG(CGc−CG∗)N_A=K_L(C_L^*-C_L^c)=K_G(C_G^c-C_G^*)

87Question

Quelle phase contrôle le transfert lorsque la résistance liquide domine ?

Réponse

La phase liquide contrôle le transfert.

88Question

Quels types de contacteurs sont les colonnes à plateaux ?

Réponse

Des contacteurs à contact non permanent.

89Question

Quels garnissages assurent le contact continu dans les colonnes à contact permanent ?

Réponse

Un garnissage aléatoire ou structuré.

90Question

Dans le modèle d’absorption considéré, quelles espèces passent du gaz au liquide ?

Réponse

Seul le polluant A.

91Question

Quelles hypothèses caractérisent le modèle de colonne ?

Réponse

Un régime continu stationnaire, des écoulements piston et des caractéristiques variant uniquement selon zz.

92Question

Quel écart sert au calcul des unités de transfert globales gazeuses, avec un coefficient de Henry constant ?

Réponse

L’écart entre la composition gazeuse réelle et la composition d’équilibre.

93Question

De quels paramètres dépend la hauteur équivalente à une unité de transfert ?

Réponse

Du débit molaire, du coefficient de transfert, de l’aire interfaciale par volume et de la section de colonne.

94Question

Qui est présenté comme le père fondateur du génie chimique en 1888, et dans quelle institution ?

Réponse

Georges E. Davis, à la Manchester Technical School.

95Question

Quelle biomasse une bioraffinerie peut-elle convertir en biocarburants ?

Réponse

La biomasse lignocellulosique.

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1. Une usine transforme des matières premières en une substance utile à grande échelle pour répondre à un besoin humain. Quel domaine étudie et met en pratique ce type de transformation ?

2. Une équipe compare la chimie et le génie (bio)chimique pour concevoir la production commerciale utile d’un composé. Quelle distinction doit guider son choix de domaine ?

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