Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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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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Lire l’articleINTRODUCTION
L’étude industrielle d’une distillation ou d’une absorption s’effectue normalement en suivant les étapes successives ci‐dessous :
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choix des paramètres (pression ou température en tête de colonne) ;
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établissement d’un modèle thermodynamique pour calculer les équilibres liquide‐vapeur et les chaleurs de mélange ;
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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 ;
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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 ;
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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 ;
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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 :
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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 ;
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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 ;
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on cherche à obtenir un produit de grande pureté (supérieure à 99,95 %).
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1981 par Jean-Chapes CICILE
DOI (Digital Object Identifier)
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Buts d’un essai sur colonne pilote6. Conclusion
Ce bref aperçu des colonnes pilotes pour extrapolation donne une idée de la complexité du matériel nécessaire à une utilisation correcte des résultats.
On peut se procurer chez des verriers (Schott France ou EIVS, par exemple) des ensembles complets de colonnes pilotes en éléments normalisés interchangeables. Le prix de tels ensembles, dont un schéma de principe est donné sur la figure 5, pouvait atteindre (en 1995) 1 500 000 F avec tous les supports, accessoires et outils de conduite. Cependant, on peut traiter de 10 à 15 problèmes par an avec de telles installations, ce qui permet finalement un amortissement rapide.
Rappelons que les diamètres minimaux sont à peu près les suivants :
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pour les colonnes destinées à l’extrapolation :
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70 mm dans le cas de garnissages structurés,
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150 mm dans le cas de garnissages en vrac,
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100 mm dans le cas de plateaux à calottes sous pression atmosphérique ou supérieure,
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180 mm dans le cas de plateaux à calottes sous vides ;
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pour les études de faisabilité ou la séparation des produits en continu sans chercher à connaître les conditions de marche :
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40 mm pour les colonnes à garnissage,
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50 mm pour les colonnes à plateaux ;
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pour une production pilote (unité de démonstration) :
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300 mm pour les colonnes à plateaux et à garnissage en vrac,
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200 mm pour les colonnes à garnissage structuré.
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Le recours aux services d’un centre de recherches spécialisé en distillation constitue le meilleur choix pour les sociétés qui ont à traiter des problèmes d’échange de matière occasionnellement. Le coût des essais dépend de la complexité du problème : il se situait entre 80 000 F et 300 000 F en 1995.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(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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