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Distillation d'un mélange Eau-Ethanol - modèle "Rectification continue"


Introduction

On désire séparer par rectification continue 1000 kg.h-1 d'un mélange eau-éthanol titrant 50% en éthanol. Les spécifications sont de 92% massique d'éthanol dans le distillat, et moins de 2% d'éthanol dans le résidu. On dispose pour cela d'une colonne à 15 plateaux plus le bouilleur (noté 0), soit 16 plateaux théoriques. L'alimentation est faite plateau n°2, c'est à dire que l'on dispose de 3 plateaux théoriques dans la zone d'épuisement.

D'autre part, pour faciliter l'étude, les inventaires de la colonne sont réduits de la façon suivante:

  • Hauteur de barrage: 1 cm (pour limiter les inventaires sur les plateaux)
  • Inventaire bouilleur et ballon de reflux: 100 L
  • Coefficient de perte de charge déversoirs: Kdp(dev)=10 (au lieu de 100)

La configuration de cette colonne est sauvegardée dans le fichier " Rectification continue_2_conduite.txt". Charger ce fichier, puis charger le fichier contenant le binaire Eau-éthanol pour démarrer cet exercice.

Questions

1°) Démarrer et régler la colonne en spécifications en opérant avec un taux de reflux R=3. A titre indicatif, le débit de vapeur de chauffe devra être réglé aux alentours de 1000 kg.h-1. On pourra utiliser les raccourcis pour démarrer à reflux total, avant de régler la colonne en alimentation continue. On pourra au besoin utiliser la régulation de température de fond.

2°) A partir du régime stable de la question 1°), réduire le taux de reflux à R=2, en essayant de conserver distillat et résidu en spécifications. A titre indicatif, le débit de vapeur de chauffe devra être réglé aux alentours de 750 kg.h-1.

3°) A partir du régime stable de la question 2°), essayer d'augmenter la charge, toujours à R=2, jusqu'à 1500 kg.h-1. Poursuivre éventuellement la montée de charge jusqu'au débit maximum, afin de déterminer la limite de la colonne. A titre indicatif, le débit de vapeur de chauffe devra être réglé aux alentours de 1200 kg.h-1 pour l'alimentation de 1500 kg.h-1.

4°) Réduire le taux de reflux à R=1, et voir si les spécifications peuvent être respectées avec ce taux de reflux.

5°) Conclure sur l'ensemble de l'étude.

Réponse

Réponse

  • A R=3, la consommation de vapeur de chauffe est importante mais avec ces réglages, cette colonne peut fonctionner avec des spécifications plus restrictives, notamment sur le résidu.
  • A R=2, la colonne peut fonctionner en spécifications, et traiter une charge de 1500 kg.h-1 et plus.
  • A R=1, il est impossible de respecter les spécifications. Avec cette composition pour l'alimentation, le taux de reflux minimum pour un distillat à 92% est supérieur à 1.

Remarques

  • La régulation de température de fond est utilisable ici, à condition de la mettre en service lorsque la température de fond proche de la température voulue (99 à 99.5°C). Un régulateur de débit de vapeur de chauffe faciliterait la conduite de cette colonne. On pourrait ainsi envisager une régulation cascade TIC sur FIC.
  • La mise en régime et donc le réglage de cette colonne est délicat car le temps de réponse global est important. Cela est du au nombre de plateau choisi (15), aux inventaires internes (plateaux, déversoirs), et au profil de composition qui conduit à un inventaire majoritairement composé d'éthanol.
  • Une colonne fonctionnant avec moins de plateaux et un taux de reflux plus grand serait probablement plus facile à mettre en régime et à régler. D'un point de vue général, éviter les spécifications trop proches de 0%, 100% ou la composition d'un azéotrope pour des applications pédagogiques simples et rapides.
Correction

Correction

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