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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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Distillation avec changement de pressionArticle inclus dans l'offre
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2. Modes opératoires
2.1 Distillation en mode continu
En distillation continue, le mélange alimentant la colonne est séparé en deux courants. Le résidu soutiré en pied de colonne est riche en produit le moins volatil de la région de distillation. Une partie du condensat de la vapeur sortie en tête de colonne constitue le distillat et est riche en produit le moins volatil ; l'autre partie constituant le reflux.
L'ensemble des paramètres opératoires reste constant (compositions du distillat et du résidu, températures, débits de résidu et de distillat).
L'obtention de plusieurs produits avec une grande pureté requiert généralement une séquence de colonnes successives.
HAUT DE PAGE2.2 Distillation en mode discontinu
La distillation discontinue ou distillation batch fonctionne en régime transitoire. Ainsi, les compositions, dont celle du bouilleur, évoluent en cours de fonctionnement, tout en satisfaisant les bilans matières instantanés.
De façon générale, la distillation discontinue est conduite en plusieurs étapes :
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étape 0 – la charge est mise dans le bouilleur (colonne de rectification) ou bien répartie entre le bouilleur et le bac de tête (colonne de stripping, appelée aussi colonne de distillation inverse) ;
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étape 1 – à reflux infini (reflux total), l'opérateur attend que la colonne ait atteint un régime stationnaire, avec le constituant le plus volatil en tête et le moins volatil en pied. Le profil de composition suit à peu près une courbe de résidu ;
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étape 2 – dans une...
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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).
-
(2) - DOHERTY (M.F.), MALONE (M.F.) - Conceptual design of distillation systems. - McGraw Hill, New York (2001).
-
(3) - WIDAGDO (S.), SEIDER (W.D.) - Azeotropic distillation. - AIChE Journal, 42, p. 96-146 (1996).
-
(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).
-
(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
BatchColumn® distribué par Prosim SA http://www.prosim.net
Regsol®expert distribué par Prosim SA http://www.prosim.net
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