Distillation. Absorption - Colonnes pilotes

L’étude industrielle d’une distillation ou d’une absorption s’effectue normalement en suivant les étapes successives ci‐dessous :

• choix des paramètres (pression ou température en tête de colonne) ;

• établissement d’un modèle thermodynamique pour calculer les équilibres liquide‐vapeur et les chaleurs de mélange ;

• simulation du fonctionnement de la colonne par le calcul, qui permet de définir le nombre de plateaux théoriques et les conditions opératoires de la distillation (flux thermiques et massiques en particulier) en fonction du résultat désiré ;

• définition et dimensionnement du dispositif d’échange de matière, c’est‐à‐dire choix des plateaux ou des garnissages en fonction de paramètres de procédé comme, par exemple, la perte de charge ;

• calcul, ou estimation par référence à des colonnes existantes, de l’efficacité ; choix de la hauteur de garnissage ou du nombre de plateaux réels à mette en œuvre ;

• validation éventuelle du choix par un essai pilote.

Les logiciels disponibles sur le marché (comme PROSIM et ASPEN) permettent de simuler de manière rigoureuse le fonctionnement des colonnes. Les développements de la thermodynamique ont conduit à des modèles qui permettent de calculer les équilibres liquide‐vapeur de façon précise si les paramètres sont établis à partir de données expérimentales (ébulliométrie). Si le modèle thermodynamique a été obtenu par une méthode de contribution de groupes (c’est‐à‐dire seulement par le calcul), la précision du modèle risque d’être moindre.

Le calcul de l’efficacité est le point faible, surtout quand il s’agit de traiter des mélanges complexes et fortement non idéaux.

Un essai sur colonne pilote permet de valider globalement le modèle thermodynamique choisi et l’efficacité retenue pour la colonne. Il peut faire apparaître une grossière erreur dans le choix du modèle thermodynamique.

Un essai pilote de distillation est souhaitable dans les cas suivants :

• la volatilité relative (cf. article Transfert de matière- Distillation compartimentée idéale) des constituants clefs est inférieure à 3 et les coefficients d’activité ont été obtenus par une méthode de contribution de groupes, ou bien la volatilité relative a été définie par une distillation TBP (true boiling point, cf. Distillation. Absorption- Étude pratique) sur colonne de laboratoire ;

• la volatilité relative des constituants clefs est inférieure à 1,25 et les équilibres liquide‐vapeur de base expérimentale n’ont pas été vérifiés sur une installation existante ;

• on cherche à obtenir un produit de grande pureté (supérieure à 99,95 %).