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Auteur(s)
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Jean-Charles CICILE : Ingénieur IGC (Institut de Génie Chimique de Toulouse) - Ingénieur de Procédés à la Division Technip-Speichim de la société Technip
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Lire l’articleINTRODUCTION
La distillation et l’absorption sont deux opérations unitaires de génie des procédés caractérisées par des transferts de matière et de chaleur entre une phase liquide et une phase gazeuse.
L’appareil principal permettant de réaliser ces transferts est le plus souvent une colonne, appelée aussi tour de fractionnement.
L’objet de ce premier article [J 2 621] est de présenter les généralités sur les colonnes de fractionnement. Les articles suivants Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : technologieDistillation. Absorption- Colonnes à plateaux : dimensionnementDistillation. Absorption- Colonnes garniesDistillation. Absorption- Colonnes pilotes présentent de façon détaillée les principales familles de colonnes utilisées en distillation et absorption :
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colonnes à plateaux : technologie ;
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colonnes à plateaux : hydrodynamique, efficacité, dimensionnement ;
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colonnes garnies ;
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colonnes pilotes.
Cet ensemble s’adresse aux utilisateurs de colonnes de distillation ou d’absorption qui veulent mieux connaître le fonctionnement de leur matériel et aux futurs utilisateurs qui désirent prédimensionner ou dimensionner leurs colonnes ou simplement bien poser leur problème aux spécialistes. Il a pour objet de guider le choix des dispositions pratiques et de dimensionner les colonnes nécessaires pour effectuer les séparations désirées dans les conditions opératoires prévues (températures, pressions, débits).
Signalons que l’établissement du schéma et le choix des conditions opératoires à adopter pour résoudre un problème de séparation par distillation ou absorption sont traités dans le chapitre Distillation. Absorption- Étude pratique Distillation. Absorption : Étude pratique.
Par ailleurs, le chapitre Distillation. Absorption- Contrôle et régulation Distillation. Absorption : Contrôle et régulation s’efforce, le plus simplement possible, d’expliquer l’influence des divers paramètres sur le fonctionnement des colonnes et d’exposer les principes de base de la régulation.
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2. Équipement interne
Les premières unités de distillation apparurent il y a environ 150 ans. L’appareil de Cellier-Blumenthal comporte deux types de plateaux. La partie basse de la colonne renferme un empilement de disques en forme de calottes sphériques dont la concavité est tournée alternativement vers le haut et vers le bas ; les disques ayant la concavité vers le bas sont perforés de façon à accroître l’aire de contact des phases liquide et vapeur. La partie supérieure de la colonne est équipée de plateaux munis d’une calotte unique.
Au début du vingtième siècle, si les plateaux à calotte unique sont encore le type le plus courant, on voit apparaître les plateaux à tunnels rectangulaires de Savalle, les plateaux à calottes multiples (Egrot) et les plateaux perforés (Siemens).
Les garnissages furent d’abord constitués par des morceaux de coke, des galets, des silex et des billes de céramique. Le premier garnissage manufacturé et utilisé largement fut l’anneau Raschig, simple tronçon de tube dont la hauteur est égale au diamètre. Par la suite sont apparus les anneaux cloisonnés (anneaux de Lessing ) et la selle de Berl qui a la forme d’un paraboloïde hyperbolique.
La phase de développement des connaissances en distillation a commencé dans les années trente et approche maintenant de la maturité.
2.1 Plateaux
Au cours de ce développement, de nombreuses variantes des plateaux à calottes et perforés sont apparues, l’étape la plus importante étant l’apparition industrielle des plateaux à soupapes dans les années 50.
L’ouvrage de E. KIRSCHBAUM et sa publication en langue anglaise [1] a permis une large diffusion du savoir en distillation et de la façon dont les colonnes à plateaux fonctionnent.
Les méthodes de dimensionnement des plateaux ont atteint un stade très avancé bien qu’elles s’appuient sur un support plus expérimental que théorique. Il suffit d’observer un plateau en fonctionnement et l’aspect aléatoire de l’émulsion sur le plateau pour comprendre que l’empirisme est nécessaire. Les études ont porté essentiellement sur les plateaux perforés à courants croisés, qui sont dans le domaine public et dont la banalité des organes de barbotage est garante de la validité générale des résultats obtenus. L’interprétation des résultats est un autre problème.
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