Exercice : Étage d'extraction

À un mélange d'éthanol et d'eau titrant 40% d'éthanol en fraction molaire[1], on rajoute de l'éthylhexanol à raison d'une mole par mole de mélange initial (on dit que le taux de solvant[2] est égal à 1).

Diagramme de phase du ternaire éthanol-eau-éthylhexanol à 25°C | Jacques Schwartzentruber | Informations complémentaires...Informations
Diagramme de phase du ternaire éthanol-eau-éthylhexanol à 25°CInformations[4]

Question

Déterminez la composition des phases à l'équilibre, ainsi que la sélectivité de l'étage de séparation et le taux de récupération de l'éthanol dans l'extrait[5].

Indice

Il faut bien sûr utiliser le diagramme d'équilibre.Il faut commencer par placer le point représentatif du mélange global (mélange à séparer + solvant), déterminé comme le barycentre des points représentatifs de la charge et du solvant, affectés des nombres de moles correspondants. Une fois placée la composition globale, on "interpole" une conodale pour déterminer les points représentatifs des phases à l'équilibre. On peut ensuite chercher la composition de ces phases une fois débarrassées du solvant. On rappelle que la sélectivité d'une séparation de deux constituants 1 et 2 entre deux phases (I) et (II) est :

\[\alpha_{12}^{(I)-(II)} = \frac{x_1^{(I)}/x_1^{(II)}}{x_2^{(I)}/x_2^{(II)}} \]

Pour déterminer un taux de récupération, il faut réaliser un bilan matière.

Question

Estimez le taux minimum et le taux maximum de solvant pour pouvoir faire une séparation.

Indice

Pour qu'on puisse effectuer une séparation, il faut que la quantité de solvant rajoutée conduise le mélange global dans le domaine diphasique.