Problème: rectification d’un mélange propanol-1  propanol-2 sur la colonne de l’atelier

On relève sur la colonne de rectification continue d’un atelier les conditions opératoires suivantes :

Alimentation F=4200 g.h^-1, titre molaire en propanol-2 x_F=30%,

Distillat à un titre molaire x_D=55%, Résidu à un titre molaire x_W=10%

Taux de reflux R=1.4

1°) Déterminer le nombre d’étage minimum pour réaliser cette séparation (à reflux total).

2°) Déterminer le taux de reflux minimum pour réaliser cette séparation.

3°) Pour le taux de reflux appliqué, déterminer les débits D et W, le NET et le plateau d’alimentation.

4°) Calculer Q_C le flux de chaleur à enlever au condenseur en négligeant le sous-refroidissement. Calculer le terme Fh_F-Dh_D-Wh_W. En déduire  Q_B le flux de chaleur à fournir au bouilleur, et l’intensité à appliquer si le rebouillage est assuré par une épingle électrique alimentée en 220V. Commenter.

5°) On souhaite modifier les réglages pour obtenir un distillat à 80% molaire en propanol-2. Déterminer le nombre d’étage minimum et le reflux minimal pour cette nouvelle séparation. Déterminer, pour un taux de reflux de 4, les débits D et W, le NET et le plateau d’alimentation.

6°) Schéma : la colonne fonctionne à pression atmosphérique, et contient trois tronçons équipés d’un garnissage structuré. L’alimentation est assurée par une pompe volumétrique à piston dont la course est réglable, et est préchauffée à son point d’ébullition en régulation de température. Elle peut être envoyée entre le 1er et le 2ème, ou entre le 2ème et le 3ème tronçon de garnissage. Le rebouillage est assuré par une épingle électrique, et est asservit à la deltaP de la colonne. Le résidu est soutiré par débordement, et refroidit dans un échangeur à eau avant stockage. Le condenseur est un échangeur mutitubulaire à deux passes coté tubes, avec condensation côté calandre. Les condensâts sont récupérés dans un pot de reflux. Le reflux est renvoyé en tête de colonne par pompe centrifuge en régulation de débit. Le distillat est soutiré par débordement, et refroidit dans un échangeur à eau avant stockage. Afin de pouvoir fonctionner à reflux total, le niveau dans le pot de reflux peut être régulé par action sur la vitesse de rotation de la pompe centrifuge. Représenter la colonne avec tous les éléments de contrôle, de mesure et de sécurité nécessaires.

Données : volatilité relative a=1.8, Lv₁=690.7 kJ.kg^-1, Cp₁=2.39 kJ.kg^-1.°C^-1, Lv₂=664 kJ.kg^-1, Cp₂=2.69 kJ.kg^-1.°C^-1.

Température d’ébullition du mélange en fonction du titre molaire : (0%, 97.4°C), (10%, 95.2°C), (30%, 91.7°C), (55%, 88°C), (80%, 84.5°C), (100%, 82.4°C).

(Placez votre souris sur le schéma pour le voir)