De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations.

État de la charge

On reprend l'exemple initial de la distillation d'un mélange méthanol-eau (fraction molaire[1] de méthanol=40%) pour obtenir du méthanol pur à 98% et de l'eau pure à 97%. Le taux de reflux[2] est de 1,5. On envisage deux possibilités :

  • charger la colonne avec un mélange liquide saturé

  • charger la colonne avec un mélange vaporisé à 50% (en nombres de moles)

Question

Comparez les nombres d'étages nécessaires dans les deux cas, ainsi que la consommation énergétique du rebouilleur. On suppose une efficacité de Murphree des plateaux de 0,7. Le condenseur est total (on récupère le distillat[3] liquide).

Indice

Pour trouver le nombre de plateaux nécessaires, il suffit d'utiliser le simulateur.

La consommation énergétique du rebouilleur peut être estimée par est l'enthalpie de vaporisation de l'eau (environ 2 MJ/kg) et le débit de vapeur généré par le rebouilleur

Solution

Pour une charge saturée, il faut 13 étages, et alimenter à l'étage 9 (ne pas oublier de rajouter un plateau pour tenir compte du condenseur total).

Pour une charge vaporisée à 50%, il faut 15 étages (alimentation au 10ème étage).

Dans les deux cas, on a le même débit de distillat[3].

Le débit de distillat[3] est en effet imposé par les équations de bilan matière :

ce qui conduit à

Pour une colonne alimentée avec une charge saturée, le rebouilleur doit générer un débit de vapeur égal à .

La puissance de rebouillage est donc :

Lorsque l'alimentation est partiellement vaporisée, le rebouilleur ne doit plus générer qu'un débit de vapeur égal à

La puissance de rebouillage est donc

La puissance thermique à fournir au rebouilleur a donc été divisée par 2,06. Il ne s'agit pas vraiment d'une économie d'énergie dans la mesure où il a bien fallu fournir à peu près la quantité d'énergie économisée pour préchauffer et vaporiser partiellement la charge.

  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. taux de reflux (en distillation)

    le rapport du débit de reflux au débit de distillat

  3. distillat (en distillation)

    débit de matière soutiré au condenseur

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