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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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 %).
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1981 par Jean-Chapes CICILE
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Conclusion5. Exemples d’installations pilotes
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Rhône‐Poulenc à Décines traite 70 % des études sur une installation de 70 mm de diamètre × 6,0 m de hauteur, en verre et équipée d’un garnissage structuré [7].
La micro‐informatique a révolutionné la façon dont on travaille avec des pilotes sous deux aspects. Tout d’abord, elle permet un contrôle et un asservissement de la colonne bien meilleurs que ce que l’on pouvait obtenir auparavant. Un modèle permet même d’anticiper une perturbation avant qu’elle se manifeste. Les logiciels modernes permettent de changer facilement de variable d’action. Il est donc utile de prévoir, dès le début, des capteurs qui permettront de transmettre l’information à un ordinateur. Mais surtout, c’est l’aspect simulation qui apporte le plus. La méthodologie qui consiste à définir et à configurer le pilote avec une simulation permet un gain de temps prodigieux. La séquence :
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élaboration d’un modèle thermodynamique ;
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définition du pilote et de ses conditions opératoires à l’aide de méthodes de calcul approché ou de programmes plus rigoureux comme ASPEN + ;
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pilotage pour la validation des conditions opératoires et l’optimisation ;
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pilotage pour l’extrapolation ;
permet un important gain de temps, surtout que, dans la plupart des cas, l’étape 4 n’est même plus nécessaire.
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Speichim Processing réalise des essais pilotes de distillation destinés à des extrapolations au stade industriel depuis 1956. La conception générale des installations est celle exposée dans le paragraphe 3. La figure 4 montre la partie inférieure d’une colonne pilote équipée de ses capots chauffants.
Les premières simulations de distillations complexes pour la préparation des essais ont été effectuées...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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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