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9-Bilans sur une colonne a distillation ………………………………………………13 Conclusion........

9-Bilans sur une colonne a distillation ………………………………………………13 Conclusion..............................................................................................1 Introduction générale : En génie chimique, un procédé de séparation est une technique qui permet d’enrichir un mélange de deux ou plusieurs composés en produit recherché. L’objectif de cette séparation peut être la purification du composé d’intérêt, la concentration d’une solution, ou le fractionnement d’un mélange avec enrichissement d’un composé. La facilité à la séparation repose sur les différences de propriétés entre le composé cible et le reste du mélange. Plus cette différence de propriété est grande et plus la séparation plus facile. Cependant, il est toujours possible d’agir sur les conditions opératoires pour modifier la diffusion dans le sens favorable. Quoi qu’il en soit, une bonne connaissance des propriétés du mélange et du procédé est indispensable à la conduite de l’opération. L’objectif de ce chapitre est de présenter les divers équilibres étudiés dans les chapitres suivants ainsi que les bilans opératoires. L’évaluation de l’efficacité de la technique sera ensuite étudiée avec les notions de plateau théorique et d’unité de transfert sur la figure. 1-Distillation : La distillation est une technique de séparation et de purification de substances chimiques liquides. Le liquide, placé dans le ballon à distiller, est porté à ébullition. Les vapeurs sont ensuite condensées à l'aide d'un réfrigérant et forment le distillat.. Celui-ci est alors récupéré dans un ballon récepteur. 2-Les techniques de distillation : 2-1 La distillation simple: c'est la cas lorsqu'un seul constituant est volatil à la température d'ébullition. Le montage est constitué d'un ballon, d'une tête à distiller, d'un réfrigérant est d'un ballon récepteur. Cette technique est utilisée pour purifier un liquide ou séparer un liquide d'impuretés non-volatiles. On récupère lors de l'opération 3 fractions: - fraction de tête (impuretés volatiles) - fraction de cœur (produit pur) - fraction de queue (impuretés non volatiles) 2-2 Distillation fractionnée: elle permet de séparer les constituants volatils d'un mélange dont les points d'ébullition sont proches. La séparation s'effectue en plusieurs étapes d'où son nom de «fractionnée». Exemple de distillation fractionnée: soit un mélange de composés A de température d'ébullition 60°C et B de température d'ébullition 70°C. 1ère distillation: - fraction de tête jusqu'à 60°C principalement riche en A - fraction de cœur entre 60°C et 70°C: mélange de A et de B - fraction de queue après 70°C: principalement riche en B 2ème distillation : On distille unique la fraction de tête précédemment obtenue - fraction de tête jusqu'à 60°C principalement riche en A - le reste est mélangé avec la fraction cœur précédente. On renouvelle les opérations de la 2ème distillation jusqu'à obtenir le produit A pur. Il faut effectuer la même chose le produit Pour finir, on effectue une dernière distillation avec la fraction de cœur et les reliquats des autres distillations. La fraction en dessous de 60°C est mélangé avec le produit A pure et au dessus de 70°C avec la fraction B. 2-3 Distillation sous pression réduite: lorsque l'un composé a une température d'ébullition élevée, il est courant de procéder à une distillation sous pression réduite. L'abaissement de la pression, va diminuer la température d'ébullition et rendre celle -ci plus facile à réaliser. Des abaques permettent de calculer la température d'ébullition d'une substance sous pression réduite en connaissant sa température d'ébullition sous pression atmosphérique. L'abaissement de la pression s'effectue soit à l'aide d'une pompe ou avec un trompe à eau. A noter, que l'agitation doit être assurée à l'aide d'un capillaire ou par un agitateur magnétique. Les pierres ponce ne conviennent pas. 2-4 Colonne de distillation : Les colonnes de rectification utilisent la différence de volatilité des composants d'un mélange pour les séparer. Pour améliorer la séparation, une grande surface d'échange entre la phase gazeuse et la phase liquide est nécessaire. Pour augmenter cette dernière, des éléments sont ajoutés dans la colonne, tels les plateaux ou des garnissages, ces derniers pouvant être structurés ou non. En plus de la colonne et de son garnissage, deux échangeurs de chaleur permettent d'apporter/retirer l'énergie nécessaire pour la séparation : un bouilleur situé en bas de colonne où le mélange est chauffé jusqu'à ébullition et un condenseur en tête de colonne qui permet de liquéfier les vapeurs afin de récupérer le produit purifié sous forme liquide. Une partie des condensats est souvent réinjectée dans la colonne pour augmenter la pureté du produit désiré, il s'agit du reflux. Le pourcentage de condensat renvoyé dans la colonne, le taux de reflux, est un critère important dans la définition des conditions opératoires. On cherche toujours une valeur de taux de reflux comprise entre le taux de reflux minimal et le taux de reflux maximal. Les colonnes sont le plus souvent en acier inoxydable, mais on trouve également des colonnes en verre pour les produits corrosifs. Les dimensions de la colonne ont un rôle important dans la séparation : plus la colonne est haute, meilleure sera la séparation, car il sera possible d'augmenter le nombre de plateaux théoriques, et plus la colonne sera large, plus les flux à l'intérieur de la colonne pourront être importants. Figure I :la colonne de rectification Les colonnes de distillation sont, dans l'industrie, de différents types : 2-4-1 Colonne a plateaux : Une colonne à plateaux est une colonne utilisée pour des opérations unitaires dans lesquelles il est nécessaire de mettre en contact une phase liquide et une phase gazeuse. Elle est généralement utilisée pour les opérations de distillation, d'extraction liquide- liquide ou d'absorption gaz-liquide. Fonctionnement de la colonne a plateaux : La phase liquide s'écoule vers le bas à travers la colonne par gravité, tandis que la phase gazeuse s'écoule vers le haut. Ces deux phases entrent en contact au niveau de perforations, de soupapes ou de calottes présents sur les plateaux. Le gaz se déplace vers le plateau supérieur à travers ces dispositifs, tandis que le liquide se déplace vers le plateau inférieur à travers un déversoir. Le liquide est recueilli au fond de la colonne et subit une évaporation grâce à un rebouilleur, tandis que le gaz est recueilli vers le haut et subit une condensation grâce à un condenseur. Le liquide et le gaz produits en haut et en bas sont en général recirculés. Les colonnes à plateaux sont capables de travailler avec des débits élevés et ne présentent pas de grandes difficultés à distiller des liquides riches en sédiments ou à forte viscosité. Figure II :la colonne de plateaux 2-4-2 le colonne a gamissage : Le garnissage présent dans une colonne a pour objectif de mettre en contact la phase liquide, qui redescend par gravité, avec la phase vapeur qui monte vers la tête de colonne. Il doit offrir un degré de vide suffisant pour laisser passer le liquide et la vapeur à contre-courant, sans perte de charge excessive. Il doit également offrir une grande surface mouillée pour assurer une importante surface d'échange de matière entre le liquide et la vapeur (transfert des constituants volatils d'une phase vers l'autre). Techniquement, une colonne à garnissage comporte les équipements suivants:  des tronçons de garnissage (de 0.3 à 10m de hauteur selon le diamètre de la colonne), en vrac ou structuré  des grilles support pour les différents tronçons de garnissage  des collecteurs permettant de récupérer l'ensemble du liquide descendant du tronçon supérieur  des distributeurs permettant d'assurer une redistribution du liquide sur la surface du garnissage, au niveau de l'alimentation ou du reflux mais également entre deux tronçons. Figure III :le colonne a garmissage 3-Description d'une colonne à distiller : - Les colonnes à distiller ont une forme cylindrique, leur hauteur est toujours très grande comparée à leur diamètre. - Les plus utilisées sont équipées de plateaux (ils peuvent être de plusieurs types); mais il existe aussi des colonnes à garnissage (là aussi plusieurs types de garnissage sont disponibles sur le marché). - Dans le cas des colonnes à plateaux on dispose régulièrement entre les plateaux des "accès" appelés "trou de poing" ou "trou d'homme", qui permettent d'entretenir le matériel sans avoir à démonter l'ensemble de la colonne. - Les matériaux utilisés peuvent être : l'acier inoxydable ; le cuivre ; le verre ; ou encore des matières plastiques (pour les faibles températures). 4-Modélisation du procédé : Les principales caractéristiques du modèle sont : – Les emballages sont modelais´es comme des plateaux. – Les phases liquides et gazeuses sont considérées en équilibre thermodynamique. – Le holdup gazeux est négligeable et le comportement du gaz est idéal. – Le holdup molaire liquide dans le condensateur et dans les plateaux est constant. – La colonne est isobare. – On considère des mélanges parfaits pour le calcul des propriété´es physiques (l’enthalpie, les volumes molaires, etc.). – Les plateaux sont considères adiabatiques. – Il y a 8 plateaux réactifs et 6 plateaux de distillation L'étude de la distillation nécessite la connaissance des lois des équilibres liquide - vapeur pour les corps purs et pour les mélanges. 5- Equilibre Liquide-Vapeur d'un mélange binaire idéal :  Mélange idéal : Les espèces qui composent le mélange sont indépendantes les unes des autres. Nous considérerons un mélange idéal de (A+B) uploads/Finance/ la-colonne-distillation-fonctionnement-et-design.pdf