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RÉSUMÉ
La séparation par distillation des mélanges non idéaux, azéotropiques ou à faible volatilité relative est plus complexe à la fois dans son fonctionnement et dans sa conception que la distillation classique. Dans cet article, nous appliquerons les éléments théoriques et pratiques pour concevoir des unités de distillation pour la séparation des mélanges non idéaux, notamment les mélanges azéotropiques à température de bulle minimale (noté Tmin), les mélanges azéotropiques à température de bulle maximale (noté Tmax) et les mélanges à volatilité relative voisine. Si la distillation avec changement de pression est évoquée, l'article se concentre sur la distillation azéotropique ou extractive, qui nécessite d'ajouter un tiers corps/entraîneur E.
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Vincent GERBAUD : Ingénieur de génie chimique de l'ENSIGC - Docteur en Génie des procédés de l'INPT - Chargé de recherche CNRS Laboratoire de Génie chimique, Toulouse
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Ivonne RODRIGUEZ-DONIS : Ingénieur de génie chimique de la faculté de la Havane, Cuba - Docteur en Génie des procédés de l'INPT - Chercheur à l'Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (INSTEC), Cuba
INTRODUCTION
Dans ce dossier, on applique les éléments théoriques et pratiques pour concevoir des unités de distillation pour la séparation des mélanges non idéaux, notamment les mélanges azéotropiques à température de bulle minimale (noté T min), les mélanges azéotropiques à température de bulle maximale (noté T max) et les mélanges à volatilité relative voisine.
Ces concepts, présentés dans le précédent dossier « Distillation de mélanges non idéaux. Courbes de résidu et autres outils de conception » [J 2 611], sont les suivants :
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courbe de résidu, assimilable au profil de composition d'une colonne de distillation continue fonctionnant à reflux total, et indiquant le distillat possible en distillation discontinue ;
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relation entre la stabilité des points singuliers, corps purs et azéotropes, et leur température d'ébullition au sein d'une région de distillation ;
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propriétés des réseaux de courbes de résidu avec les frontières de distillation séparant les régions de distillation ;
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classification des réseaux de courbes de résidu ;
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courbe d'univolatilité identifiant les régions d'ordre de volatilité dans les diagrammes de composition et donc l'aptitude d'un corps pur à se retrouver en tête ou en pied de colonne ;
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courbe d'unidistribution associée à la forme et à la courbure des courbes de résidu.
Si la distillation avec changement de pression est évoquée, le dossier se concentre sur la distillation azéotropique ou extractive, qui nécessite d'ajouter un tiers corps/entraîneur E.
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5. Distillation extractive
La dénomination de distillation extractive est réservée au procédé où l'entraîneur E est alimenté de façon continue dans une localisation donnée de la colonne (bouilleur, plateau intermédiaire ou en tête) différente de celle du mélange A-B.
L'ajout de E amplifie la différence de volatilité entre les constituants et donc accentue la force motrice de la séparation. Il peut même inverser les volatilités relatives, faisant que le constituant normalement le moins volatil (B par convention) peut suivre le chemin des constituants les plus légers.
Contrairement à la distillation azéotropique dans une colonne de rectification (respectivement de stripping) où le distillat (respectivement soutirage en pied) est un nœud instable (respectivement stable), avec une température d'ébullition la plus basse (respectivement la plus haute) de la région de distillation, la distillation extractive permet d'obtenir un constituant pur ou un mélange azéotropique de température d'ébullition intermédiaire qui est donc un point de selle dans la région de distillation concernée.
5.1 Position de l'alimentation en entraîneur dans la colonne
La particularité de la distillation extractive réside dans l'alimentation en continu de l'entraîneur. Selon la position de cette alimentation, en tête de colonne, sur un plateau intermédiaire ou en pied de colonne, on peut distinguer plusieurs sections (figure 13) :
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rectification au-dessus de la dernière...
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Distillation extractive
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MODLA (G.), LANG (P.) - Feasibility of new pressure swing batch distillation methods. - Chem. Eng. Sci., 63(11), p. 2856-2874 (2008).
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(2) - DOHERTY (M.F.), MALONE (M.F.) - Conceptual design of distillation systems. - McGraw Hill, New York (2001).
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(3) - WIDAGDO (S.), SEIDER (W.D.) - Azeotropic distillation. - AIChE Journal, 42, p. 96-146 (1996).
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(4) - FIEN (G.-J.A.F.), LIU (Y.A.) - Heuristic synthesis and shortcut design of separation processes using residue curve maps : a review. - Ind. Eng. Chem. Res., 33, p. 2505-2522 (1994).
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(5) - PHAM (H.N.), DOHERTY (M.F.) - Design and synthesis of heterogeneous azeotropic distillations. III Column sequences. - Chem. Eng. Sci., 45(7), p. 1845-1854 (1990).
-
(6) - BERNOT (C.), DOHERTY (M.F.), MALONE (M.F.) - Feasibility and separation sequencing in multicomponent batch distillation. - Chem....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Aspen Distillation Synthesis™ distribué par AspenTech http://www.aspentech.com/products/aspen-split.cfm
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