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Pour toute question : Service Relation Clientèle • Éditions Techniques de l’Ing

Pour toute question : Service Relation Clientèle • Éditions Techniques de l’Ingénieur • 249, rue de Crimée 75019 Paris – France par mail : infos.clients@teching.com ou au téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 DOSSIER Techniques de l’Ingénieur l’expertise technique et scientifique de référence Par : Ce dossier fait partie de la base documentaire dans le thème et dans l’univers Document délivré le Pour le compte Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Editions T.I. j2612 Distillation de mélanges non idéaux - Distillation azéotropique et distillation extractive. Choix de l'entraîneur Ivonne RODRIGUEZ-DONIS Ingénieur de génie chimique de la faculté de la Havane, Cuba, Docteur en Génie des procédés de l'INPT, Chercheur à l'Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (INSTEC), Cuba Vincent GERBAUD Chargé de recherche CNRS Laboratoire de Génie chimique, Toulouse, Docteur en Génie des procédés de l'INPT, Ingénieur de génie chimique de l'ENSIGC Opérations unitaires - Distillation absorption Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique Procédés chimie - bio - agro 04/07/2012 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. J 2 612 – 1 J 2 612 9 - 2010 Distillation de mélanges non idéaux Distillation azéotropique et distillation extractive. Choix de l’entraîneur par Vincent GERBAUD Ingénieur de génie chimique de l’ENSIGC Docteur en Génie des procédés de l’INPT Chargé de recherche CNRS Laboratoire de Génie chimique, Toulouse et Ivonne RODRIGUEZ-DONIS Ingénieur de génie chimique de la faculté de la Havane, Cuba Docteur en Génie des procédés de l’INPT Chercheur à l’Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (INSTEC), Cuba ans ce dossier, on applique les éléments théoriques et pratiques pour concevoir des unités de distillation pour la séparation des mélanges non idéaux, notamment les mélanges azéotropiques à température de bulle mini- male (noté Tmin), les mélanges azéotropiques à température de bulle maximale (noté Tmax) et les mélanges à volatilité relative voisine. Ces concepts, présentés dans le précédent dossier « Distillation de mélanges non idéaux. Courbes de résidu et autres outils de conception » [J 2 611], sont les suivants : – courbe de résidu, assimilable au profil de composition d’une colonne de distillation continue fonctionnant à reflux total, et indiquant le distillat possible en distillation discontinue ; – relation entre la stabilité des points singuliers, corps purs et azéotropes, et leur température d’ébullition au sein d’une région de distillation ; – propriétés des réseaux de courbes de résidu avec les frontières de distil- lation séparant les régions de distillation ; – classification des réseaux de courbes de résidu ; – courbe d’univolatilité identifiant les régions d’ordre de volatilité dans les diagrammes de composition et donc l’aptitude d’un corps pur à se retrouver en tête ou en pied de colonne ; – courbe d’unidistribution associée à la forme et à la courbure des courbes de résidu. Si la distillation avec changement de pression est évoquée, le dossier se concentre sur la distillation azéotropique ou extractive, qui nécessite d’ajouter un tiers corps/entraîneur E. 1. Choix du procédé selon le type de mélange à séparer.................. J 2 612 - 2 2. Modes opératoires ................................................................................... — 3 3. Distillation avec changement de pression........................................ — 3 4. Distillation azéotropique........................................................................ — 4 5. Distillation extractive ............................................................................. — 15 6. Choix et comparaison des entraîneurs .............................................. — 23 7. Conclusions................................................................................................ — 25 Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. J 2 612 D Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 tiwekacontentpdf_j2612 DISTILLATION DE MÉLANGES NON IDÉAUX ______________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. J 2 612 – 2 Notations et symboles Symbole Unité Désignation B mol · s–1 Débit du pied de colonne D mol · s–1 Débit de distillat E ou P – Exposant relatif à une phase en équilibre liquide-liquide riche en entraîneur (E) ou en produit (P) F mol · s–1 Débit d’alimentation FE mol · s–1 Débit d’entraîneur i – Indice de 1 à n des constituants du mélange j – Indice de 1 à N des plateaux d’une colonne K – Constante d’équilibre liquide-vapeur L mol · s–1 Débit de liquide P atm Pression R Taux de reflux = L/D t s Temps T oC Température Uj mol Rétention liquide du plateau j V mol · s–1 Débit de vapeur x – Fraction molaire dans un flux liquide y – Fraction molaire dans un flux vapeur y* – Fraction molaire vapeur en équilibre liquide-vapeur α – Volatilité relative ϕ – Fraction de la phase pauvre en entraîneur dans le décanteur refluée en tête de la colonne τ – Temps adimensionnel θ – Fraction de la phase riche en entraîneur dans le décanteur refluée en tête de la colonne ω – Taux de partage liquide-liquide dans le décanteur Notations et symboles Symbole Unité Désignation 1. Choix du procédé selon le type de mélange à séparer La séparation par distillation des mélanges non idéaux, azéotro- piques ou à faible volatilité relative est plus complexe à la fois dans son fonctionnement et dans sa conception que la distillation classique. La figure 1 présente les différents procédés envisa- geables pour séparer un mélange binaire A-B zéotropique, azéotro- pique ou à faible volatilité relative (critère αAB < 1,5, cf. dossier [J 2 611]) : a – distillation classique pour les mélanges idéaux (voir le dos- sier Transfert de matière : distillation compartimentée idéale [J 1 072]) ; b – distillation hétérogène avec un décanteur en tête lorsque le mélange A-B est hétéroazéotropique ; c – distillation avec balancement de pression lorsque la composition de l’azéotrope varie avec la pression ; Figure 1 – Procédés de distillation pour la séparation des mélanges binaires mélange A-B Distillation avec balancement de pression Distillation classique c b a Distillation classique avec décanteur hétéroazéotropique homoazéotropique zéotropique Distillation extractive hétérogène g Distillation extractive homogène f Distillation homoazéotropique d Distillation hétéroazéotropique e αAB < 1,5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 Ce document a été délivré pour le compte de 7200038556 - universite de la reunion sce commum documentation // 195.220.151.50 tiwekacontentpdf_j2612 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. J 2 612 – 3 ______________________________________________________________________________________________ DISTILLATION DE MÉLANGES NON IDÉAUX d – distillation azéotropique homogène où un entraîneur E tota- lement miscible est ajouté dès le départ avec le mélange A-B à séparer. E forme un ou plusieurs homoazéotropes binaires ou ternaire avec A ou B. A ou B sont alors des nœuds stables ou ins- tables du réseau de courbes de résidu A-B-E ; e – distillation azéotropique hétérogène où un entraîneur E par- tiellement miscible avec A ou B est ajouté dès le départ avec le mélange A-B à séparer. E forme alors un hétéroazéotrope binaire ou ternaire qui doit obligatoirement être un nœud instable dans le réseau de courbes de résidu A-B-E ; f – distillation extractive homogène où un entraîneur E totale- ment miscible est ajouté à la colonne à une autre position que l’ali- mentation de A-B, provoquant l’apparition d’une section extractive. E peut former un nouvel azéotrope binaire ou ternaire. A ou B sont des points de selle dans le réseau de courbes de résidu A-B-E ; g – distillation extractive hétérogène où un entraîneur E partiel- lement miscible avec A ou B est ajouté à la colonne à une autre position que l’alimentation de A-B, provoquant l’apparition d’une section extractive. E doit former un hétéroazéotrope binaire AE ou BE qui doit être un point de selle pour être obtenu en tête de la colonne. Les procédés c à g sont considérés dans ce dossier. D’autres procédés de distillation existant ne sont pas étudiés ici : – distillation utilisant les sels ioniques ; – distillation réactive, combinant réaction et séparation, cette dernière étant habituellement employée pour soutirer un produit et ainsi déplacer totalement la réaction, souvent une estérification ; – procédés hybrides combinant la distillation avec une autre opération unitaire (pervaporation, osmose inverse, adsorption...). Nota : le dossier Distillation. Absorption. Étude pratique [J 2 610] présente des schémas de procédés de distillation continue homoazéotropique, hétéroazéotropique et extractive homogène, mais sans indiquer les outils pour les concevoir. 2. Modes opératoires Nota : le dossier Distillation. Absorption. Étude pratique [J 2 610] précise les critères de choix entre le mode continu et le mode discontinu et présente le fonctionnement général des colonnes uploads/s1/ distillation-de-melanges-non-ideaux-distillation-azeotropique-et-distillation-extractive-choix-de-l-x27-entraineur 1 .pdf