De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations.

Composition de l'extrait et taux de solvant

On considère toujours la séparation éthanol-eau par l'éthylhexanol à 25°C.

La charge F contient maintenant 30% d'éthanol en fraction molaire[1], et on s'impose toujours d'avoir un raffinat[2] désolvanté contenant moins de 1% d'éthanol.

Question

Concevez la batterie de mélangeurs-décanteurs pour les deux taux de solvant[3] suivants : 0,140 et 0,482. Comparez la composition de l'extrait[4] désolvanté dans les deux cas et interprétez ce résultat.

Indice

Il faut remarquer qu'avec les deux taux de solvant[3] proposés, on obtient la même composition de l'extrait[4] désolvanté (60% d'éthanol).

Solution

Les résultats essentiels des deux cas traités sont résumés dans le tableau ci-dessous :

taux de solvant, nombre d'étages et composition de l'extrait[4].

taux de solvant

nombre d'étages

0,140

11

0,4679

0,3115

0,2216

0,482

3

0,3030

0,2020

0,3951

Nous ne reportons pas la composition du raffinat[2], qui est de toute façon imposée par les spécifications de séparation.

On vérifie que pour les deux extraits[4] trouvés, la fraction molaire[1] d'éthanol dans l'extrait[4] désolvanté, est bien égale à 0,60.

Pour comprendre comment deux taux de solvant[3] différents permettent globalement d'obtenir la même séparation entre éthanol et eau, reprenons le problème en nous fixant comme spécifications de séparation :

Ainsi qu'il a été montré dans la partie sur le bilan global de la séparation, on peut déduire le taux de solvant[3] de ces deux spécifications. En effet, le point G représentatif de la composition globale dans la batterie de mélangeurs décanteurs se trouve à l'intersection du segment et du segment .

La construction du point se fait en cherchant l'intersection du segment avec la binodale côté extrait[4]. Nous constatons qu'il y a en fait deux intersections, qui correspondent aux deux compositions d'extrait[4] relevées dans le tableau ci-dessus. On obtient donc deux possibilités pour le point G, et donc pour le taux de solvant[3] (G étant le barycentre de F affecté d'un poids unité et de S affecté du taux de solvant[3]).

Les deux constructions sont détaillées dans le schéma suivant :

Deux taux de solvant conduisant au même extrait désolvantéInformationsInformations[5]
Deux taux de solvant conduisant au même extrait désolvantéInformationsInformations[6]
  1. fraction molaire

    La fraction molaire d'un constituant est le rapport du nombre de moles de ce constituant au nombre de moles total dans le mélange. Elle est notée dans une phase liquide et dans une phase vapeur

  2. raffinat (en extraction liquide-liquide)

    phase pauvre en solvant

  3. taux de solvant (en extraction liquide-liquide)

    rapport du débit de solvant alimentant la cascade de mélangeurs-décanteurs au débit de mélange à séparer

  4. extrait (en extraction liquide-liquide)

    phase riche en solvant

  5. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

  6. Jacques Schwartzentruber Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique

Jacques Schwartzentruber (EMAC) Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'IdentiqueRéalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)