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1 - BUTS D’UN ESSAI SUR COLONNE PILOTE

2 - CHOIX DE L’INSTALLATION PILOTE

  • 2.1 - Colonne de laboratoire
  • 2.2 - Colonne pour extrapolation

3 - CONCEPTION GÉNÉRALE DU PILOTE

4 - EXTRAPOLATION

  • 4.1 - Plateaux
  • 4.2 - Garnissages en vrac
  • 4.3 - Garnissages structurés

5 - EXEMPLES D’INSTALLATIONS PILOTES

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : J2627 v2

Choix de l’installation pilote
Distillation. Absorption - Colonnes pilotes

Auteur(s) : Jean‐Charles CICILE

Date de publication : 10 déc. 1995

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Auteur(s)

  • Jean‐Charles CICILE : Ingénieur IGC (Institut du Génie Chimique de Toulouse) - Ingénieur de Procédés à la Division Technip‐Speichim de la Société Technip

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INTRODUCTION

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 %).

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-j2627


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2. Choix de l’installation pilote

Les deux approches (faisabilité ou définition des conditions de fonctionnement) ne mettent pas en œuvre le même type d’installation pilote.

2.1 Colonne de laboratoire

Dans le cas où l’on cherche à établir une faisabilité, une colonne de faible diamètre (25 à 50 mm) suffit. Elle sera en verre si l’on n’envisage pas d’essais sous pression.

Une colonne équipée de garnissage structuré semble un bon choix. On trouve sur le marché des garnissages de laboratoire [6] présentant une efficacité élevée (20 à 40 plateaux théoriques par mètre).

On peut faire également des essais sur une colonne de laboratoire Oldershaw [1]. Ces colonnes sont équipées de plateaux perforés (figure 1) montés avec un écartement entre plateaux égal au diamètre de la colonne.

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2.2 Colonne pour extrapolation

Une colonne pilote destinée à l’extrapolation devra utiliser la même technologie que celle retenue pour l’installation industrielle, avec les trois possibilités ci‐après.

  • Essais chez un fournisseur : cette possibilité n’existe pratiquement que dans le cas des garnissages structurés.

  • Essais dans un centre de recherches appliquées spécialisé : les essais sont alors réalisés dans un laboratoire de génie chimique possédant des colonnes pilotes qui peuvent être équipées de plateaux de différents types et de garnissage structuré ou en vrac, et capables de fonctionner dans un large domaine de températures et de pressions.

    C’est une des vocations du Centre de Recherches Appliquées de Speichim Processing.

  • Achat d’une installation pilote : la spécification de l’installation (équipement interne, matériau, pression et température...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - FAIR (J.R.), NULL (H.R.), BOLLES (W.L.) -   Scale- up of plate efficiency from laboratory Oldershaw data  -  (Extrapolation de l’efficacité des plateaux à partir des résultats obtenus sur une colonne Oldershaw de laboratoire). Ind. Eng. Chem. Process Des-dev, 22, no 1, p. 53-8 (1983).

  • (2) - KALBASSI (M.A.), BIDDULPH (M.W.) -   A modified Oldershaw column for distillation efficiency measurements  -  (Une colonne Oldershaw modifiée pour mesurer l’efficacité en distillation). Ind. Eng. Chem. Res. 26, p. 1 127-32 (1987).

  • (3) - ZUIDERWEG (F.J.), HOEK (P.J.), LAHM (L.Jr.) -   The effect of liquid distribution and redistribution on the separation efficiency of packed columns  -  (L’effet de la distribution du liquide et de sa redistribution sur l’efficacité des colones à garnissage). Distillation and Absorption, EFCE Publication Series no 62, p. A 217, The I.Ch.E (1987).

  • (4) - PORTER (K.E.), JONES (M.C.) -   Liquid and gas distribution in the scale-up of packed columns  -  (L’influence de la distribution du gaz et du liquide dans l’extrapolation des colonnes garnies). Distillation and Absorption EFCE Publication Séries no 62, p. A 245, The I.Ch.E. (1987).

  • ...

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