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RÉSUMÉ
Les procédés d'extraction liquide-liquide sont parmi les plus utilisés en génie chimique. Le choix de l'équipement extracteur est très complexe car il est difficile de prédire le résultat de la mise en contact de phases entre lesquelles s’établit un transfert de matière, avec réaction chimique ou non. Cet article présente les différents types d'extracteurs, à étages individualisés et différentiels.
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Jean LEYBROS : Ingénieur de l’École Supérieure de Chimie Organique et Minérale (ESCOM) - Ingénieur-Chercheur au Commissariat à l’Énergie Atomique
INTRODUCTION
L’extraction par solvant est la seconde opération unitaire en génie chimique après la distillation. Cependant, définir la technologie d’un procédé d’extraction reste encore de nos jours une entreprise délicate, en raison de la difficulté qu’il y a de prédire le résultat de la mise en contact de phases entre lesquelles s’établit un transfert de matière, avec réaction chimique ou non.
L’utilisateur se trouve en effet confronté à un grand nombre de problèmes, compte tenu de la diversité des paramètres à considérer, allant des propriétés hydrodynamiques (écoulements complexes) jusqu’aux propriétés interfaciales des systèmes liquide-liquide mis en jeu.
En premier lieu, il convient de choisir le type de contacteur qui paraît le mieux adapté au problème posé. Ensuite, il s’agit de concevoir et de dimensionner le contacteur retenu.
L’objet de ces trois articles est d’apporter au lecteur différents éléments lui permettant d’appréhender la démarche qui conduit à la mise en œuvre d’un procédé d’extraction liquide-liquide :
Le fascicule s’intéresse essentiellement à la description des principaux appareils connus ;
Le fascicule décrit les principaux modèles de dimensionnement des appareils différentiels continus ;
Le fascicule est centré sur les aspects liés au choix, au calcul et à l’exploitation d’un équipement.
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Classification des appareils d’extraction liquide-liquide
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3. Extracteurs liquide-liquide différentiels (à étages non individualisés)
L’optimisation économique d’un appareil d’extraction liquide-liquide, outre de forts débits spécifiques, demande une agitation mécanique créant l’aire interfaciale d’échange maximale compatible avec la séparation et la circulation des phases. De plus, en ce qui concerne les contacteurs différentiels, elle suppose un écoulement à contre-courant du type piston, régime idéal que les constructeurs d’appareils visent à approcher.
Contrairement aux contacteurs étagés où les gradients de concentration sont ajustables à chaque étage par adaptation de son efficacité individuelle, on peut observer dans les colonnes d’importantes déviations par rapport à l’idéalité, causées par l’hydrodynamique, qui en réduisent considérablement les performances.
On désigne globalement sous le terme de remélange (axial ou radial) tous les phénomènes hydrodynamiques qui aboutissent, en pratique, à une distribution non homogène des temps de séjour des deux phases dans le contacteur et à des gradients de concentrations affaiblis ([J 2 765] § 3).
Les principales causes de ce remélange, auxquelles on s’efforce de remédier dans les appareils industriels, résident dans l’hétérogénéité des vitesses relatives de déplacement des phases, résultant de l’agitation et d’une distribution non uniforme des tailles de gouttes de phase dispersée.
On a utilisé initialement des colonnes sans apport extérieur d’énergie, les phases circulant à contre-courant sous l’action de la pesanteur (figure 10). Leur dispersion y était réalisée par divers dispositifs statiques :
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dispositif de pulvérisation (ou atomisation) d’une phase dans l’autre ;
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garnissage (anneaux Raschig, selles de Berl, garnissage orienté Sulzer, etc.) ;
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plateaux perforés variés.
Malgré leur simplicité de construction et d’exploitation, ces appareils à fonctionnement gravitaire sont supplantés dans la grande majorité des applications industrielles par des appareils à apport extérieur d’énergie, plus sophistiqués,...
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Extracteurs liquide-liquide différentiels (à étages non individualisés)
Mise à jour de l’article [J 2 756] de Christian LORRAIN paru en 12/1983 dans le présent traité
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GODFREY (J.C.), SLATER (J.), WYNN (N.P.), ZABELKA (M.) - Copper extraction with a Sulzer inline mixer using ACORGA reagent P5100 - . ISEC 80, Liège, Conférence 80.31, Assoc. Ing. Univ. Liège (6-12 sept. 1980).
-
(2) - HARRINGTON (C.D.), RUEHLE (A.E.) - Uranium production technology - . Van Nostrand (1959).
-
(3) - MÜLLER (V.E.) - Die Gewinnung von Aromaten durch Extraktion - . Chemiker Zeitung, no 23-24, p. 996-1000 (1971).
-
(4) - NAGATA (S.) - Mixing principles and applications - . John Wiley & Sons (1975).
-
(5) - SKELLAND (A.H.), SEKSARIA (R.) - Minimum impeller speeds for liquid-liquid dispersion in baffled vessels - . Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 17, no 1, p. 56-61 (1978).
-
(6) - PAHL (M.H.), MUSCHELKNAUTZ (E.) - Statistische Mischer und ihre Anwendungen - . Chem. Ing....
ANNEXES
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