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Partie théorique Capitre II LA RECTIFICATION I- Introduction : Il est bien conn

Partie théorique Capitre II LA RECTIFICATION I- Introduction : Il est bien connu que la distillation consiste simplement dans la formation d’une phase vapeur riche en élément le plus volatile et une phase liquide riche en élément le plus lourd que le mélange initial. La rectification est un procédé physique de séparation d’un mélange en constituant pratiquement pur par des échanges successifs de masses et de chaleur entre les deux phases circulant à contre courant dans un appareil appelée : Colonne de Rectification. La colonne de rectification peut être munie des plateaux successifs ou de garnissage métallique qui dont le rôle consiste à assurer un contact intime entre les phases. Sur chaque plateau, il y a barbotage de la vapeur dans le liquide avec un transfert de masse et de chaleur. Les plateaux sont garnis d’élément, appeler : Cloches, Clapets, Calottes…etc. Les phases liquides et vapeurs pénétrants sur un même plateau ne sont jamais en équilibre (tliq<tvap). A la suite de ce contact intime entre les deux phases, le système évolue plus ou moins rapide jusqu’à atteindre l’équilibre. Dans le but de simplifier la conception et le calcul du procédé de rectification, on introduit la notion ou l’hypothèse du plateau théorique. Un plateau est dit théorique si les deux phases partantes de ce même plateau sont en équilibre. La rectification s’effectue toujours dans une colonne munie de plateaux, d’un condenseur partiel et d’un rebouilleur. II- Description de la colonne de rectification : La partie de la colonne où s’effectue l’alimentation s’appelle : Zone de Flash et elle est démunie de plateau. La partie supérieure est appelée : Zone de FHC 2006-2007 IGCR/02 16 Partie théorique Capitre II concentration qui permet de rendre plus grande la concentration de l’élément le plus volatile jusqu’à la valeur désirée YD. La partie inférieure s’appelle Zone d’épuisement et son rôle consiste à récupérer l’élément le plus volatile entraîné par la phase liquide. Le fonctionnement normal de la colonne nécessite une circulation à contre courant des deux phases liquide et vapeur. Pour avoir une circulation à contre courant, on prévoit les opérations suivantes : 1. A l’aide d’un condenseur partiel, on élimine en tête de la colonne une certaine quantité de chaleur Q1 où la vapeur provenant du plateau supérieur se condense partiellement. Une partie de condensât est renvoyé sur le même plateau en qualité de reflux froid et le distillat est soutiré de l’installation. Le reflux froid sert à ajuster la température de tête de la colonne et permettre ainsi d’avoir un gradient de température le long de la colonne. 2. A l’aide d’un rebouilleur, on apporte au fond de la colonne une quantité de chaleur Q2 où le liquide provenant du plateau inférieur se vaporise partiellement. La vapeur ainsi obtenue revient dans la colonne et le résidu quitte le système à l’état liquide. III- Type de colonne de distillation : Nous avons déjà eu l’occasion de préciser que la distillation était un transfert de matière qui sous l’impulsion d’un transfert thermique, «transfert» une partie du produit volatile de la phase liquide ver la phase vapeur. Nous allons examiner les appareillages de contact qui permettent une séparation de matière entre phase liquide et vapeur. III-1. Colonne à plateaux : Le premier moyen de favoriser le contact gaz liquide est de faire «buller» le gaz dans un liquide retenue dans une capacité : le plateau. Nous donnons dans la figure 2.1 la représentation d’une tour à plateaux. FHC 2006-2007 IGCR/02 17 Partie théorique Capitre II Figure 1 : Représentation d’une tour à plateaux Les plateaux doivent être conçus comme des lieux de rencontre optimale du liquide et de la vapeur. Le liquide introduit est vaporisé partiellement dans le bouilleur. La vapeur remonte jusqu’au condenseur. Une partie de la vapeur est condensée et redescend dans la colonne à contre courant de la vapeur. En distingue plusieurs types plateaux : III-2. Types de plateaux : Historiquement les plateaux a calottes (bubble-cap trays) furent les 1er utilises. Ils trouvent encore quelques applications spicifiques. Néanmoins nous nous intéresserons pour l’essentiel au deux types de plateaux qui sont aujourd’hui les plus souvent rencontrés en pratique : - Les plateaux perforés (sieve trays) - Les plateaux à clapets, encore appelées plateaux à soupapes (valve trays) Les plateaux perforés et les plateaux à clapets ont donc un certain nombre de caractéristiques communes. De ce fait, on applique les mêmes critères de dimensionnement. Il existe également des plateaux perforés sans déversoirs, mais très peu utilisés. FHC 2006-2007 IGCR/02 18 Partie théorique Capitre II III-2.a. Plateau à calotte ( bubble-cap tray ) : C’est le modèle le plus ancien ; il se rencontre dans les industries pétrolières ou chimiques. Il est constitué d’une plaque perforée, chaque trou étant muni d’une cheminée; celle-ci sert à guider une calotte dont la fixation est assurée par une tige et un contre-écrou. La qualité prédominante d’un plateau à calotte est sa faculté d’adaptation à une très large gamme de débit liquide et vapeur. Son utilisation est toute foi restreinte en raison de son coût élevé et de forte perte de charge qu’il crée dans la colonne. Figure 2 : schéma d’un plateau à calottes Figure 3 : Types de calottes FHC 2006-2007 IGCR/02 19 Partie théorique Capitre II III-2.b. Plateau perforé ( sieve trays ) : Ces plateaux gèrent le flux liquide de manière toute à fait classique à l’aide de déversoir. Par contre, le passage de la vapeur est assuré par de simples perforations dont les plaques forment l’aire active. Bien que connu depuis fort longtemps, les plateaux perforés sont peu utilisés dans l’industrie pétrolière. Figure 4 : Exemples de plateaux perforés Figure 5 : Plateaux perforé classique Figure 6 : Variation de l’efficacité de de distillation murphee en fonction du débit de vapeur FHC 2006-2007 IGCR/02 Paramètres Plages Diamètre des trous, cm 0.5-2.5 Rapport de section libre 0.06-0.16 Rapport de section des trop-pleins 0.05-0.30 Rapport espacement/diamètre du trou 2.5-4.0 Espacement inter plateaux, cm 30-90 Hauteur du déversoir, cm 2-8 20 Partie théorique Capitre II Les caractéristiques physiques du plateau perforé illustrées dans les figures 5 et 6 montrent la tendance générale de la relation entre l’efficacité globale du plateau et le débit de vapeur. Elles montrent qu’aux faibles vitesses de vapeur, le plateau perforé va pleurer, et à des vitesses encore plus faibles, il se vidangera totalement en laissant tout le liquide s’écouler par les trous du plateau. Au point de vidange, aucun liquide ne s’écoule par le déversoir et le trop-plein. Le pleurage et la vidange se traduisent par une baisse d’efficacité du plateau. Figure 7 : Schéma d’un plateau perforé III-2.c. Plateau à clapets ( valve trays ) : Il constitue un compromis entre les deux types précédent. C’est un plateau perforé, dont les orifices sont équipés de clapets. La hauteur de soulèvement de ces derniers est fonction du débit de vapeur, qui s’échappe horizontalement dans le liquide, exactement comme aux fentes des calottes. Les plateaux à clapets ce sont progressivement substitués au plateau à calotte, car leur performances est légèrement supérieure, pour un prix de revient plus faible. Figure 8 : Schéma d’un plateau à clapet FHC 2006-2007 IGCR/02 21 Partie théorique Capitre II Figure 9 : Soupape Speichim type RGF Figure 10 : Soupape Koch Figure 11 : Clapet Ballast type Figure 12 : Clapet Snap-in- A1 de Glitsch valves de Matewa tray Figure 13 : Soupape MR2L de Norton III-2.d Plateaux sans déversoirs : Ces plateaux ne sont constitués que de simples plaques perforées et donc de constriction peut onéreuse. Liquide et vapeur s’écoulent à contre-courants par les mêmes orifices, qui peuvent être de simples trous ou des clapets fixes (dual flow tray). Parmi ces modèles de plateau, en trouve les marques : Sieve tray, Turbogrid et Ripple tray. Tous ces plateaux, qui sont construits soit en acier ou carbone, soit en acier allié selon l’agressivité des produits, doivent être démontables. Pour ce faire, les FHC 2006-2007 IGCR/02 22 Partie théorique Capitre II plaques sont décomposées en élément, peuvent être introduites par un trou d’homme, c’est-à-dire d’une largeur de 40 à 45 cm. III-3. Comparaison des technologies de plateau : En pratique actuellement la part du marché occupée par les plateaux à clapets est de 70%, alors que celle des plateaux perforés avec déversoir représente 25%, laissant environ 5% seulement aux calottes. Le tableau suivant adapté de Kister (1992), résume les caractéristiques comparées des divers types de plateaux et peut servir de guide dans le choix du type de plateau le mieux adapté à un service. Type calottes clapets perforés avec barrage perforés sans barrage capacité moyenne forte forte très forte Souplesse excellent bonne moyenne faible entraînement élevé modéré modérer modérer perte de charge élevé moyenne moyenne moyenne coût élevé =2 à 3 modéré =1 à 2 faible = 1 faible entretient assez élevé modéré faible faible tendance au colmatage élevé modérée faible très faible conception bien connue bien connue des fournisseurs bien connue moins bien connue application recommandée faible débit liquide très large domaine si souplesse non nécessaire si colmatage est uploads/Litterature/ la-rectification 1 .pdf