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Table des matières Table des matières Objectifs Objectifs 3 Introduction généra

Table des matières Table des matières Objectifs Objectifs 3 Introduction générale Introduction générale 4 I - Équilibres liquide/valeur I - Équilibres liquide/valeur 6 II - Bilans sur une colonne à distiller II - Bilans sur une colonne à distiller 9 III - Méthode de McCABE et THIELE pour la détermination du nombre III - Méthode de McCABE et THIELE pour la détermination du nombre d'étages théorique d'étages théorique 11 11 IV - Technologies pour la distillation continue IV - Technologies pour la distillation continue 16 16 Conclusion générale Conclusion générale 17 17 Bibliographie Bibliographie 18 18 3 3 Marie DEBACQ Marie DEBACQ L'objectif de ce module est de vous faire découvrir la distillation industrielle et de vous apprendre à L'objectif de ce module est de vous faire découvrir la distillation industrielle et de vous apprendre à effectuer un pré-dimensionnement de colonne par la méthode de McCABE & THIELE. effectuer un pré-dimensionnement de colonne par la méthode de McCABE & THIELE. Objectifs Objectifs 4 4 Marie DEBACQ Marie DEBACQ La vidéo suivante présente le principe de la distillation et le fonctionnement général d'une colonne à La vidéo suivante présente le principe de la distillation et le fonctionnement général d'une colonne à distiller industrielle : distiller industrielle : https://youtu.be/5EKfase2cEU https://youtu.be/5EKfase2cEU La distillation est l'opération de séparation la plus répandue dans le monde industriel. Bien que peu La distillation est l'opération de séparation la plus répandue dans le monde industriel. Bien que peu efficace d'un point de vue énergétique, elle est simple et présente généralement peu de risque, c'est efficace d'un point de vue énergétique, elle est simple et présente généralement peu de risque, c'est pourquoi elle est si largement répandue. Il s'agit d'une opération de transferts de matière et de chaleur pourquoi elle est si largement répandue. Il s'agit d'une opération de transferts de matière et de chaleur couplés. couplés. Le principe de la distillation repose sur la formation de vapeur plus riche en composé le plus volatil, puis Le principe de la distillation repose sur la formation de vapeur plus riche en composé le plus volatil, puis la condensation de cette vapeur. la condensation de cette vapeur. la distillation au laboratoire la distillation au laboratoire La distillation dite flash comporte un étage. En toute rigueur on devrait parler de rectification lorsqu'il y a La distillation dite flash comporte un étage. En toute rigueur on devrait parler de rectification lorsqu'il y a plusieurs étages, mais on parle en pratique bien volontiers de distillation dans tous les cas. plusieurs étages, mais on parle en pratique bien volontiers de distillation dans tous les cas. On peut réaliser la distillation industrielle de manière continue ou discontinue. On se focalisera dans ce On peut réaliser la distillation industrielle de manière continue ou discontinue. On se focalisera dans ce module sur la distillation continue. module sur la distillation continue. On se limitera également ici au cas de la distillation binaire, c'est-à-dire la séparation de seulement deux On se limitera également ici au cas de la distillation binaire, c'est-à-dire la séparation de seulement deux constituants. constituants. Introduction générale Introduction générale 5 5 Marie DEBACQ Marie DEBACQ la distillation continue industrielle la distillation continue industrielle Pour que la distillation puisse être réalisée dans de bonnes conditions, il est recommandé : Pour que la distillation puisse être réalisée dans de bonnes conditions, il est recommandé : d'avoir d'avoir une une volatilité volatilité relative relative des des deux deux constituants constituants suffisante suffisante (de (de préférence préférence , , où où est est la la pression pression de de vapeur vapeur saturante saturante du du composé composé le le plus plus volatil volatil et et est est la la pression pression de de vapeur saturante du composé le moins volatil ; vapeur saturante du composé le moins volatil ; de trava de travailler a iller avec des d vec des débits i ébits importan mportants (typi ts (typiquement quement supéri supérieurs à 10 eurs à 100 kg h 0 kg h ) ; ) ; -1 -1 et sur des composés chimiquement et thermiquement stables, ne présentant aucun risque et sur des composés chimiquement et thermiquement stables, ne présentant aucun risque d'explosion. d'explosion. Équilibres liquide/valeur Équilibres liquide/valeur 6 Marie DEBACQ Marie DEBACQ La vidéo suivante présente deux des diagrammes d'équilibres couramment utilisés pour étudier la La vidéo suivante présente deux des diagrammes d'équilibres couramment utilisés pour étudier la distillation : distillation : https://youtu.be/09g3Q3ATeco https://youtu.be/09g3Q3ATeco Équilibres Équilibres liquide/valeur liquide/valeur I Équilibres liquide/valeur Équilibres liquide/valeur 7 Marie DEBACQ Marie DEBACQ représentation des équilibres liquide/vapeur représentation des équilibres liquide/vapeur Graphique 1 Graphique 1 Équilibres liquide/valeur Équilibres liquide/valeur 8 Marie DEBACQ Marie DEBACQ courbes d'équilibres liquide/vapeur et diagrammes isobares pour un système idéal courbes d'équilibres liquide/vapeur et diagrammes isobares pour un système idéal ou à azéotrope ou à azéotrope Graphique 2 Graphique 2 Bilans sur une colonne à distiller Bilans sur une colonne à distiller 9 Marie DEBACQ Marie DEBACQ La vidéo suivante présente la manière d'établir les bilans de matière et de chaleur sur une colonne à La vidéo suivante présente la manière d'établir les bilans de matière et de chaleur sur une colonne à distiller fonctionnant en continu : distiller fonctionnant en continu : https://youtu.be/VO-hCKZ73EU https://youtu.be/VO-hCKZ73EU Notion fondamentale : bilans de matière et de chaleur sur une colonne à Notion fondamentale : bilans de matière et de chaleur sur une colonne à distiller distiller On écrit donc les bilans sur une colonne à distiller fonctionnant en continu comme suit : On écrit donc les bilans sur une colonne à distiller fonctionnant en continu comme suit : bilan matière global : bilan matière global : bilan en composé le plus volatil : bilan en composé le plus volatil : bilan de chaleur : bilan de chaleur : où où , , et et sont sont respectivement respectivement les les débits débits totaux totaux à à l'alimentation, l'alimentation, au au résidu résidu et et au au distillat distillat ; , , et et sont sont respectivement respectivement les les titres titres en en composé composé le le plus plus volatil volatil à à l'alimentation, l'alimentation, au au résidu résidu et et au au distillat ; distillat ; , , et et sont sont respectivement respectivement les les enthalpies enthalpies à à l'alimentation, l'alimentation, au au résidu résidu et et au au distillat distillat ; et et sont sont respectivement les respectivement les flux flux de chaleur de chaleur à à fournir au fournir au rebouilleur et rebouilleur et à à évacuer au évacuer au condenseur. condenseur. Bilans sur une colonne à Bilans sur une colonne à distiller distiller II II Bilans sur une colonne à distiller Bilans sur une colonne à distiller 10 10 Marie DEBACQ Marie DEBACQ débits globaux et flux de chaleur pour une colonne à distiller débits globaux et flux de chaleur pour une colonne à distiller Définition : taux de reflux Définition : taux de reflux On On définit définit le le pour pour une une colonne colonne à à distiller distiller fonctionnant fonctionnant en en continu, continu, comme comme le le taux de reflux taux de reflux rapport entre rapport entre le le débit débit liquide liquide renvoyé vers renvoyé vers la la colonne après colonne après le le condenseur condenseur et et le le débit débit de de distillat distillat produit produit : : . La vidéo suivante définit le taux de reflux et montre comment on peut en déduire le flux de chaleur à La vidéo suivante définit le taux de reflux et montre comment on peut en déduire le flux de chaleur à évacuer au condenseur, puis le flux de chaleur à fournir au rebouilleur : évacuer au condenseur, puis le flux de chaleur à fournir au rebouilleur : https://youtu.be/l86AxzTDfXU https://youtu.be/l86AxzTDfXU Remarque : massique ou molaire Remarque : massique ou molaire Tant que l'on garde un système cohérent (débits totaux, titres en composé le plus volatil et Tant que l'on garde un système cohérent (débits totaux, titres en composé le plus volatil et enthalpies), il est possible de travailler en distillation en molaire aussi bien qu'en massique. enthalpies), il est possible de travailler en distillation en molaire aussi bien qu'en massique. Méthode de McCABE et THIELE pour Méthode de McCABE et THIELE pour la détermination du nombre d'étages théorique la détermination du nombre d'étages théorique 11 11 Marie DEBACQ Marie DEBACQ 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4. Notion fondamentale : étage théorique Notion fondamentale : étage théorique Un étage théorique est une portion (souvent fictive) de l'espace, dont les flux sortants sont à Un étage théorique est une portion (souvent fictive) de l'espace, dont les flux sortants sont à l'équilibre thermodynamique. l'équilibre thermodynamique. La vidéo suivante présente, dans le cas de la distillation, la très importante notion d'étage La vidéo suivante présente, dans le cas de la distillation, la très importante notion d'étage théorique : théorique : https://youtu.be/DmsgmNwm3Po https://youtu.be/DmsgmNwm3Po La méthode de McCABE & THIELE permet de déterminer graphiquement le nombre d'étages La méthode de McCABE & THIELE permet de déterminer graphiquement le nombre d'étages uploads/Industriel/ pdf-distillation-compress 1 .pdf