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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 ;
-
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 ;
-
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 extractive
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4. Distillation azéotropique
4.1 Utilisation des courbes de résidu pour la conception des unités de distillation
Établie à reflux total, l'équation d'une courbe de résidu est déterminée à partir d'un bilan matière global et partiel sur le bouilleur d'un évaporateur simple :
avec :
- τ :
- temps adimensionnel, produit du temps t et du rapport de la rétention liquide U et du débit de vapeur V.
La relation (1) indique que la force motrice de la distillation est la différence (xi – yi ) entre les compositions du liquide xi et de la vapeur yi en équilibre thermodynamique liquide-vapeur.
En distillation continue, le profil de composition dans une colonne de fractionnement à garnissage fonctionnant en mode continu à reflux total suit exactement une courbe de résidu. Celui d'une colonne à plateau en est très proche. Ainsi, dans une colonne de longueur infinie à reflux total, le distillat a la composition du nœud instable et le pied de colonne a celle du nœud stable de la région de distillation où se situe l'alimentation.
En distillation discontinue, le profil de composition dans la colonne est celui d'une courbe de résidu à la fin de l'étape 1 (reflux total). Pendant le soutirage du produit à reflux fini (étape 2), les profils suivent des courbes de résidu passant par la composition du bouilleur tandis qu'elle change au cours du temps. De plus, à tout instant, la propriété de tangence du vecteur d'équilibre (x – y ) à la courbe de résidu...
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Distillation azéotropique
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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