Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean-Charles CICILE : Ingénieur de l’Institut du génie chimique de Toulouse - Ingénieur principal de procédés à la société Krebs-Speichim, groupe Technip
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le présent article a pour objet la détermination des conditions opératoires et du schéma à mettre en œuvre pour réaliser la séparation d’un ou plusieurs constituants d’un mélange plus ou moins complexe par distillation ou par absorption. Il est destiné aux non-spécialistes qui ont un problème de séparation à traiter (par exemple, pour purifier un solvant mis en œuvre dans un processus de fabrication en vue de son recyclage) pour leur permettre de poser correctement leur problème aux fournisseurs et de mieux comprendre les choix de ceux-ci. La description, les critères de choix et le dimensionnement des appareils mis en œuvre dans les unités de distillation et d’absorption n’entrent pas dans le cadre de cet article. L’appareil spécifique de ces unités, la colonne de fractionnement, est traité dans les articles [Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : technologie, Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : dimensionnement et Distillation. Absorption- Colonnes garnies de ce recueil (Distillation. Absorption). L’article Distillation. Absorption- Contrôle et régulation Distillation. Absorption : Contrôle et régulation expose les principes de base de la régulation des colonnes.
La première question à se poser concerne l’opération unitaire à mettre en œuvre. De par sa nature, la distillation est une grande consommatrice d’énergie et l’augmentation du coût de l’énergie depuis 1973 a amené les industriels à envisager d’autres méthodes de séparation (extraction liquide-liquide, cristallisation, absorption, diffusion à travers des membranes) de façon plus systéma-tique que par le passé, comme substituts à la distillation. Dans presque tous les cas, le choix d’une autre opération unitaire entraîne un accroissement du coût des investissements qui est compensé à plus ou moins long terme par les économies d’énergie réalisées. La distillation reste cependant le meilleur choix pour de nombreuses séparations.
Si différentes méthodes de séparation sont envisageables, le choix se fait sur la base d’une comparaison économique des procédés. Il faut donc, pour chaque voie envisagée, choisir les conditions opératoires pour connaître les consommations (électricité, vapeur, eau de refroidissement) et prédimensionner les appareils principaux pour évaluer le coût de l’installation. L’établissement du schéma et le choix des conditions opératoires générales se font en considérant :
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les équilibres liquide-vapeur, liquide-liquide ou liquide-solide ;
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les propriétés physiques des produits ;
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les conditions locales (utilités disponibles, implantation, débits, conditions économiques) ;
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la robustesse et la simplicité des techniques mises en jeu ;
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la sécurité ;
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le respect de l’environnement.
Il y entre une part importante de savoir-faire et d’expérience.
L’étape suivante a pour objet la détermination des conditions de fonctionnement des appareils. Elle permet de définir le nombre d’étages de transfert à mettre en œuvre pour obtenir la séparation désirée et d’établir le bilan massique et thermique de la séparation.
La dernière étape est le prédimensionnement des appareils.
Cet article fait partie d’un ensemble traitant de la distillation-absorption ([16] à [21]) :
Distillation. Absorption- Contrôle et régulation Distillation. Absorption. Contrôle et régulation
Distillation. Absorption- Généralités sur les colonnes de fractionnement Distillation. Absorption. 1. Généralités sur les colonnes de fractionnement
Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : technologie Distillation. Absorption. 2. Colonnes à plateaux : technologie
Distillation. Absorption- Colonnes à plateaux : dimensionnement Distillation. Absorption. 3. Colonnes à plateaux : dimensionnement
Distillation. Absorption- Colonnes garniesDistillation. Absorption. 4. Colonnes garnies
Distillation. Absorption- Colonnes pilotes Distillation. Absorption. 5. Colonnes pilotes
Le lecteur intéressé par les techniques alternatives pourra consulter les références [1] et [2].
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1987 par Jean-Charles CICILE
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Choix des conditions opératoires2. Séparations discontinues
2.1 Schémas
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Distillation simple
La distillation discontinue simple est celle qui est réalisée par les bouilleurs de cru dans l’alambic. Le principe de fonctionnement est le même que pour la distillation fractionnée décrite au paragraphe suivant, mais l’installation ne comporte pas de colonne et il n’y a pas reflux.
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Distillation fractionnée
Alors que les schémas possibles de distillation continue sont très nombreux, il n’existe qu’un seul schéma de distillation discontinue. Il est représenté sur la figure 12.
Le produit stocké dans R0 est chargé dans une chaudière B munie d’un moyen de chauffage. La vapeur produite dans B monte à travers une colonne K en s’enrichissant en produit léger avant d’arriver au condenseur C.
Le condensat est partagé par réglage entre le reflux qui est renvoyé en tête de la colonne et rétrograde jusqu’à la chaudière en s’enrichissant en produit lourd, et le soutirage ou distillat qui est refroidi dans un réfrigérant W avant d’être envoyé au stockage.
Les mélanges à distiller contiennent généralement quelques produits volatils en faible quantité. Ces produits qui distillent les premiers sont envoyés dans le réservoir R1 jusqu’à ce que la composition du distillat atteigne la valeur désirée pour le premier constituant que l’on souhaite obtenir avec une bonne pureté. Le distillat est alors envoyé dans le réservoir R2, et cela, aussi longtemps que sa composition reste convenable. Le distillat s’enrichissant en produit moins volatil, on stocke la fraction intermédiaire dans R3. Le deuxième constituant intéressant, par ordre de volatilité décroissante, arrive ensuite à une pureté suffisante pour être dirigé vers R4 et ainsi de suite jusqu’à RN.
On peut avoir ainsi un nombre assez important de fractions pures, que l’on appelle aussi les cœurs, et de fractions intermédiaires, que l’on appelle tête pour la première et queue ou culot pour la dernière à distiller. Il est exceptionnel que l’on dépasse dix fractions. Par définition, le résidu est la fraction qui reste au fond de la chaudière à la fin de la distillation.
Les...
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Séparations discontinues
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOJNOWSKI (J.H.), HANKS (D.L.), HEIST (J.A.), HASON (C.) - Alternative to distillation (Alternatives à la distillation) - . Chem. Eng., 7, p. 66-87 (mai 1979).
-
(2) - KUNESH (J.G.), KISTER (H.Z.), LOCKETT (M.J.), FAIR (J.R.) - Distillation : still towering over other options (La distillation, comme ses colonnes, domine encore les autres options) - . Chem. Eng. Prog. p. 43-54 (oct. 1995).
-
(3) - KEYES (D.B.) - Esterification - . Processes and Equipment (Procédés et équipements d’estérification). Ind. and Eng. Chem. 24, no 10 p. 1096-103 (oct. 1932).
-
(4) - DEGARMO (J.L.), PARULEKAR (V.N.), PINJALA (V.) - Consider reactive distillation - (Envisagez la distillation réactive). Chem. Eng. Prog. p. 43-50 (mars 1992).
-
(5) - FAIR (J.R.) - Design aspects for reactive distillation (Conception des distillations réactives) - . Chem. Eng. p. 158-62 (oct. 1998).
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