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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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4. Élaborations des schémas
L’élaboration des schémas de distillation est une activité très difficile à résumer. La part de savoir-faire (en anglais : know-how) impliquée est trop importante pour que l’on puisse définir une méthode absolument rigoureuse permettant d’aboutir à une solution unique et optimale. Nous allons exposer un exemple pratique d’élaboration de schéma et indiquer les principales dispositions qui peuvent être prises au niveau des schémas pour réduire la consommation d’énergie.
4.1 Exemple de schéma de distillation
Reprenons l’exemple de la distillation des benzols exposé au paragraphe 1.1. On veut fractionner le benzol brut en huit produits. Le schéma classique sera celui de la figure 23, sur lequel, pour simplifier, les colonnes sont figurées seules : chaque colonne sépare le produit le plus volatil du mélange qu’elle reçoit et le fournit en tête sous forme d’un produit condensé.
L’alimentation contient du dicyclopentadiène, produit qui se décompose au-dessus de 110 ˚C environ en donnant deux molécules de cyclopentadiène monomère bouillant à 41 ˚C. La température de 110 ˚C est dépassée au fond de la seconde colonne qui fournit le benzène en tête. Ce benzène se trouve donc souillé de cyclopentadiène. Cela a amené M. Gaussent de la Speichim à imaginer un schéma dans lequel le benzène et les produits plus légers sont obtenus en tête de la première colonne (colonne K3 de la figure ...
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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).
-
(5) - FAIR (J.R.) - Design aspects for reactive distillation (Conception des distillations réactives) - . Chem. Eng. p. 158-62 (oct. 1998).
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