Optimisation économique de la distillation
La relation entre taux de reflux[1] et nombre d'étages nécessaires est représentée graphiquement ci-dessous.
Tous les points de la courbe correspondent à des solutions vérifiant les spécifications de séparation données. Mais ces solutions diffèrent par leurs coûts.
Le choix d'un taux de reflux[1] augmente la consommation énergétique ; en effet, la puissance thermique nécessaire au rebouilleur, qui génère un débit \[r+d\] de vapeur, est approximativement égale à :
où \[\Delta {h}^{\left(v-l\right)}\] est l'enthalpie de vaporisation du constituant majoritaire dans le rebouilleur. Par contre, on diminue le nombre d'étages (colonne moins haute), mais on a besoin de colonnes plus larges (pour permettre à un grand débit de vapeur de passer).
Il y a donc un compromis à trouver entre coûts d'investissements et coûts de production. Afin de pouvoir calculer un coût global, combinant investissement (en €) et fonctionnement (en €/an), on utilise des coûts annualisés (sans rentrer dans des détails comptables, il suffit de supposer que l'investissement est payé par un emprunt remboursé annuellement).
La structure des coûts de séparation a typiquement l'allure suivante :
Assez habituellement, on trouve qu'il existe un optimum au voisinage d'un taux de reflux[1] égal à 1,2\[{r}_{f,\mathrm{min}}\]. La position de cet optimum dépend néanmoins fortement de la conjoncture économique, puisqu'il s'agit d'un compromis entre des coûts d'investissement (liés en particulier au prix des matériaux, à la main-d'œuvre) et des coûts énergétiques (cours du pétrole).