Distillation d'un mélange eau - méthanol: bilans et constructions

On considère un mélange binaire eau - méthanol de titre massique 40% en méthanol, que l'on distille en continu à un débit de 400 kg.h^-1. Les titres massiques du distillat et du résidu sont x_D=90% et x_W=5%.

1°) Calculer les titres molaires x^mol de l'alimentation, du distillat et du résidu.
2°) Déterminer le nombre de plateaux théoriques minimum pour réaliser la séparation demandée.
3°) Déterminer le taux de reflux minimum à appliquer pour réaliser la séparation.
4°) Calculer par bilan matière les débits massiques de distillat et de résidu.
5°) En considérant un taux de reflux de 1.2, déterminer le nombre d'étages théoriques pour réaliser la séparation, ainsi que le plateau d'alimentation (le bouilleur est noté n°1).

Pour la suite, prendre NET=7=6+bouilleur si on a pas répondu à la question 5°)

6°) Déterminer la hauteur de garnissage de la zone d'épuisement et de la zone d'enrichissement si la HEPT (Hauteur Equivalente à un Plateau Théorique) est 25 cm.
7°) Déterminer le nombre de plateaux réels à installer si leur efficacité est 80%.

Données:

• Courbe d'équilibre liquide - vapeur en double exemplaire,
• Méthanol: M_méthanol=32 g.mol^-1, θ_eb=64.5°C sous 1 atm, Lv=1098 kJ.kg^-1, toxique, dangereux et inflammable,
• Eau: M_eau=18 g.mol^-1, θ_eb=100°C sous 1atm, P(bar abs)=(θ/100)⁴, Lv=2535-2.9×θ en kJ.kg^-1, avec θ en °C.

Distillation d'un mélange propanol-1 - isopropanol: bilan thermique

On considère la distillation en continu sous pression atmosphérique d'un mélange propanol-1 - isopropanol fonctionnant dans les conditions suivantes: alimentation F=5.0 kg.h^-1, résidu W=3.0 kg.h^-1, distillat D=2.0 kg.h^-1, taux de reflux R=1.5, titres massiques en isopropanol x_F=39%, x_D=96%, x_W=1%.

1°) Vérifier les bilans matières global et partiel de la distillation.
2°) Déterminer, en kJ.h^-1, les flux de chaleur suivants:

• flux à fournir au préchauffeur pour alimenter en liquide bouillant (90°C), sachant que le bac d'alimentation est à 20°C,
• flux à évacuer au condenseur en considérant que les condensâts sortent à leur point d'ébullition,
• flux à fournir au bouilleur, en considérant la colonne comme adiabatique.

3°) Calculer le débit d'eau de refroidissement au condenseur si celle-ci rentre à 11°C et sort à 13°C.
4°) Calculer l'intensité électrique à appliquer si le rebouillage est assuré par une épingle électrique et si la tension utilisée est 220V.

Données: propanol-1 Lv₁=690.7 kJ.kg^-1, Cp₁=2.39 kJ.kg^-1.°C^-1, isopropanol ou propanol-2 Lv₂=664 kJ.kg^-1, Cp₂=2.69 kJ.kg^-1.°C^-1. Température d'ébullition de l'alimentation: 90.0°C. Enthalpies massiques: h_F=225.6 kJ.kg^-1, h_D=221.5 kJ.kg^-1, h_W=232.1 kJ.kg^-1, vapeur de tête h_V=886.5 kJ.kg^-1, Cp_eau=4.18 kJ.kg^-1.°C^-1.

Schéma d'une rectification continue sous vide

Réaliser le schéma d'une colonne de distillation à plateaux (13 plateaux, alimentation plateau 8) fonctionnant sous vide et avec les caractéristiques principales suivantes:

• alimentation en régulation de débit par pompe en charge sur réservoir à pression atmosphérique équipé d'un arrête flamme,
• préchauffeur d'alimentation vertical à la vapeur, avec régulation de température,
• condenseur de tête horizontal avec ER côté tubes, réservoir de reflux avec reprise par pompe, régulation de température de tête de colonne par action sur le débit de reflux,
• régulation de pression par action sur une vanne au refoulement de la pompe à vide,
• rebouillage par rebouilleur thermosiphon fonctionnant à la vapeur,
• régulation de niveau du bouilleur par action sur la chauffe,
• régulation de la composition du bouilleur par action sur le soutirage du résidu,
• réservoirs de distillat et de résidu avec mise à l'atmosphère via liebig et arrête flamme.

courbe d'équilibre liquide-vapeur Eau-Méthanol