1°) En considérant le toluène comme le solvant, tracer le diagramme triangulaire rectangle du mélange ternaire eau - éthanol - toluène à partir du tableau suivant.
On se limitera à un titre de 40% sur l'échelle du soluté, et on tracera toutes les connodales.
| Equilibre eau - éthanol - toluène Données expérimentales en titres massiques (%) |
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| Phase aqueuse | Phase organique | ||||
| titre eau | titre éthanol | titre toluène | titre eau | titre éthanol | titre toluène |
| 95.320 | 4.621 | 0.059 | 0.356 | 0.398 | 99.246 |
| 91.360 | 8.539 | 0.102 | 0.506 | 1.385 | 98.109 |
| 87.856 | 11.990 | 0.154 | 0.703 | 2.552 | 96.745 |
| 82.021 | 17.712 | 0.267 | 1.150 | 5.210 | 93.640 |
| 77.323 | 22.245 | 0.432 | 1.796 | 8.849 | 89.355 |
| 72.623 | 26.547 | 0.829 | 2.007 | 9.905 | 88.088 |
| 69.166 | 29.572 | 1.263 | 2.425 | 11.970 | 85.605 |
| 64.420 | 33.500 | 2.080 | 3.111 | 14.779 | 82.110 |
| 59.615 | 37.191 | 3.194 | 3.719 | 16.672 | 79.609 |
2°) Application: on dispose de 5 kg d'une solution eau - éthanol à 20% massique en éthanol (nommée charge et notée F). On traite cette charge en une seule fois, dans une ampoule à décanter ou un mélangeur décanteur discontinu, avec une masse de 5 kg de toluène pur (nommée solvant et notée S).
Masse et titres massiques des différentes phases
Ethanol extrait: 0.239 kg, rendement η=23.9%, bon solvant pour cette extraction.
2°) Le titre massique en soluté du mélange, représenté par le point M, est obtenu par les équations de bilan matière global et en éthanol, soit:
De la même manière, on détermine le titre massique en toluène et en eau
On aurait pu tracer le point M par la règle des moments (M est au milieu du segment [FS], tracé en rouge, car F et S sont égaux), et en déduire les compositions par lecture graphique.
Les compositions de l'extrait et du raffinat sont lues sur le graphe en traçant une connodale passant par le point M (tracée en rouge, interpolée grossièrement entre les connodales supérieure et inférieure). On obtient approximativement:
Les masses d'extrait et de raffinat sont obtenues soit en écrivant la règle des moments (ou règle des segments inverses, ou encore règle des bras de levier), soit en écrivant deux équations de bilan matière.
Par la règle des moments on obtient:
Par les équations de bilan matière global et sur le soluté on obtient:
Les résultats obtenus par les deux méthodes sont très proches.
L'éthanol extrait peut être calculé par:
Le rendement est enfin η=éthanol transféré/éthanol dans la charge=0.239/(5×0.2)=23.9%
Au vu de la pente des connodales, l'éthanol est à peu près deux fois moins soluble dans le toluène que dans l'eau. Si l'on se limite à ce critère, ce n'est dons pas un excellent solvant de cette extraction. Néanmoins, le toluène est très peu soluble dans l'eau, et l'eau peu soluble dans le toluène. Enfin, la volatilité relative de l'éthanol par rapport au toluène est 2, et la chaleur latente de vaporisation du toluène est relativement faible. L'extrait est donc aisément séparable par distillation, ce qui fait du toluène un bon solvant pour cette extraction.