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Auteur(s)
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Jean-Charles CICILE : Ingénieur de l’Institut du génie chimique de Toulouse - Ingénieur principal de procédés à la société Krebs-Speichim, groupe Technip
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le présent article a pour objet la détermination des conditions opératoires et du schéma à mettre en œuvre pour réaliser la séparation d’un ou plusieurs constituants d’un mélange plus ou moins complexe par distillation ou par absorption. Il est destiné aux non-spécialistes qui ont un problème de séparation à traiter (par exemple, pour purifier un solvant mis en œuvre dans un processus de fabrication en vue de son recyclage) pour leur permettre de poser correctement leur problème aux fournisseurs et de mieux comprendre les choix de ceux-ci. La description, les critères de choix et le dimensionnement des appareils mis en œuvre dans les unités de distillation et d’absorption n’entrent pas dans le cadre de cet article. L’appareil spécifique de ces unités, la colonne de fractionnement, est traité dans les articles [Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : technologie, Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : dimensionnement et Distillation. Absorption- Colonnes garnies de ce recueil (Distillation. Absorption). L’article Distillation. Absorption- Contrôle et régulation Distillation. Absorption : Contrôle et régulation expose les principes de base de la régulation des colonnes.
La première question à se poser concerne l’opération unitaire à mettre en œuvre. De par sa nature, la distillation est une grande consommatrice d’énergie et l’augmentation du coût de l’énergie depuis 1973 a amené les industriels à envisager d’autres méthodes de séparation (extraction liquide-liquide, cristallisation, absorption, diffusion à travers des membranes) de façon plus systéma-tique que par le passé, comme substituts à la distillation. Dans presque tous les cas, le choix d’une autre opération unitaire entraîne un accroissement du coût des investissements qui est compensé à plus ou moins long terme par les économies d’énergie réalisées. La distillation reste cependant le meilleur choix pour de nombreuses séparations.
Si différentes méthodes de séparation sont envisageables, le choix se fait sur la base d’une comparaison économique des procédés. Il faut donc, pour chaque voie envisagée, choisir les conditions opératoires pour connaître les consommations (électricité, vapeur, eau de refroidissement) et prédimensionner les appareils principaux pour évaluer le coût de l’installation. L’établissement du schéma et le choix des conditions opératoires générales se font en considérant :
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les équilibres liquide-vapeur, liquide-liquide ou liquide-solide ;
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les propriétés physiques des produits ;
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les conditions locales (utilités disponibles, implantation, débits, conditions économiques) ;
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la robustesse et la simplicité des techniques mises en jeu ;
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la sécurité ;
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le respect de l’environnement.
Il y entre une part importante de savoir-faire et d’expérience.
L’étape suivante a pour objet la détermination des conditions de fonctionnement des appareils. Elle permet de définir le nombre d’étages de transfert à mettre en œuvre pour obtenir la séparation désirée et d’établir le bilan massique et thermique de la séparation.
La dernière étape est le prédimensionnement des appareils.
Cet article fait partie d’un ensemble traitant de la distillation-absorption ([16] à [21]) :
Distillation. Absorption- Contrôle et régulation Distillation. Absorption. Contrôle et régulation
Distillation. Absorption- Généralités sur les colonnes de fractionnement Distillation. Absorption. 1. Généralités sur les colonnes de fractionnement
Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : technologie Distillation. Absorption. 2. Colonnes à plateaux : technologie
Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : dimensionnement Distillation. Absorption. 3. Colonnes à plateaux : dimensionnement
Distillation. Absorption- Colonnes garniesDistillation. Absorption. 4. Colonnes garnies
Distillation. Absorption- Colonnes pilotes Distillation. Absorption. 5. Colonnes pilotes
Le lecteur intéressé par les techniques alternatives pourra consulter les références [1] et [2].
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- Version archivée 1 de déc. 1987 par Jean-Charles CICILE
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3. Choix des conditions opératoires
3.1 Opération continue ou non ?
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Il existe un certain nombre de cas de fonctionnement pour lesquels la distillation continue s’impose.
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La quantité à traiter est supérieure à 20 t par jour.
Au-delà de cette limite, une installation discontinue devra souvent comporter plusieurs lignes parallèles. Le coût de l’investissement et l’encombrement deviennent des facteurs défavorables.
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Le produit est thermosensible
La dégradation thermique dépend de la température et du temps de séjour à cette température. Au cours des distillations discontinues, le temps de séjour du résidu dans la chaudière est couramment de 10 à 40 h. Dans une distillation continue, le temps de séjour dépend évidemment du débit de résidu et du type de rebouilleur utilisé. Il peut être réduit à une demie-heure avec un rebouilleur thermosiphon, à quelques minutes avec un rebouilleur à film tombant et à quelques secondes avec un évaporateur à couche mince.
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On doit obtenir une coupe concentrée en un produit qui se trouve en faible quantité dans la charge
En distillation continue, la quantité de liquide contenu sur les plateaux ne joue aucun rôle dans la séparation et l’on peut obtenir un produit avec la pureté désirée après une période de mise en régime plus ou moins longue. Dans une distillation discontinue, le contenu des plateaux et celui du ballon de reflux doivent être pris en compte : si l’on veut obtenir une concentration de 90 % en volume d’un produit dont la charge de la chaudière renferme 30 L et que le ballon de reflux ait une capacité utile de 50 L, on ne pourra pas obtenir le résultat désiré du premier coup. Il faudra redistiller la fraction recueillie ; la pureté désirée sera alors atteinte, mais on aura perdu du temps et de l’énergie.
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La distillation discontinue s’impose dans les cas de fonctionnement suivants.
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La quantité de produit brut à distiller est inférieure à 2 t par jour
Dans ce cas, une distillation continue sera difficile à conduire, compte tenu des faibles débits à véhiculer. Les frais d’installation et de surveillance seront généralement élevés, eu égard...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOJNOWSKI (J.H.), HANKS (D.L.), HEIST (J.A.), HASON (C.) - Alternative to distillation (Alternatives à la distillation) - . Chem. Eng., 7, p. 66-87 (mai 1979).
-
(2) - KUNESH (J.G.), KISTER (H.Z.), LOCKETT (M.J.), FAIR (J.R.) - Distillation : still towering over other options (La distillation, comme ses colonnes, domine encore les autres options) - . Chem. Eng. Prog. p. 43-54 (oct. 1995).
-
(3) - KEYES (D.B.) - Esterification - . Processes and Equipment (Procédés et équipements d’estérification). Ind. and Eng. Chem. 24, no 10 p. 1096-103 (oct. 1932).
-
(4) - DEGARMO (J.L.), PARULEKAR (V.N.), PINJALA (V.) - Consider reactive distillation - (Envisagez la distillation réactive). Chem. Eng. Prog. p. 43-50 (mars 1992).
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(5) - FAIR (J.R.) - Design aspects for reactive distillation (Conception des distillations réactives) - . Chem. Eng. p. 158-62 (oct. 1998).
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