Cette rubrique est destinée aux ingénieurs et cadres d’exploitation des industries chimiques et pétrochimiques. Ils mettent en œuvre quotidiennement les opérations unitaires du génie chimique en particulier la distillation dont Speichim Processing et Valls Química sont l’un des spécialistes. Si l’expérience de terrain est difficile à partager, certaines informations techniques peuvent l’être dans différents domaines tels que les propriétés physico-chimiques, le stockage et transfert de liquide, le transfert de chaleur, les opérations de séparation dont la distillation, le contrôle-commande de procédé et enfin toutes les techniques d’ingénierie utiles aux exploitants. Ainsi régulièrement Speichim Processing et Valls Química alimenteront leur site en fichiers téléchargeables pour aider la vie quotidienne des opérationnels et partager un peu de son expertise.
Un simulateur Shortcut est également accessible dans cette rubrique. C’est une approche basique, elle permet de faire le dimensionnement sommaire d’une colonne à distiller un mélange binaire. Vous spécifiez la composition, le débit et les conditions thermiques de l’alimentation (l’alimentation peut être liquide à son point d’ébullition jusqu’à la phase gazeuse à son point de rosée), les fractions molaires de la clé lourde dans le distillat et de la clé légère dans le pied de colonne, le simulateur vous fournira les trafics liquides et gazeux au-dessus de l’alimentation (rectification) et en dessous (épuisement) ainsi que le nombre d’étages d’équilibre dans chaque section et le taux de reflux.
Avec les caractéristiques des plateaux ou du garnissage structuré que vous souhaitez, vous accédez ainsi aux diamètre et hauteur approximative de votre équipement.
La simulation shortcut permet d’obtenir un bon résultat avec un mélange miscible dont les caractéristiques sont proches d’un mélange idéal, la volatilité relative variant très peu sur toute la plage de concentration.
C’est le cas du mélange MonoChloroBenzène/ÉthylBenzène. La courbe d’équilibre liquide/vapeur est confondue avec une courbe de volatilité relative constante égale à 1,13.
Données
– Rectification d’un mélange MonoChloroBenzène/ÉthylBenzène à environ 40% molaire de MonoChloroBenzène.
– MonoChloroBenzène en tête de colonne : environ 95% molaire
– MonoChloroBenzène en pied de colonne : environ 5% molaire
Résultats
– La simulation shortcut et une simulation plus poussée donnent des résultats similaires (moins de 10% d’écart) avec un R/D de 25.
Avec un mélange miscible dont les caractéristiques sont très éloignées d’un mélange idéal, le résultat sera erroné (voire fantaisiste dans le cas d’un azéotrope), la volatilité relative variant beaucoup sur toute la plage de concentration.
C’est le cas du mélange non azéotropique Acétone/Eau. La courbe d’équilibre liquide/vapeur est très différente d’une courbe de volatilité relative constante.
En prenant, pour la volatilité relative, la moyenne géométrique des extrémités ou la moyenne géométrique des extrémités et de l’alimentation (les deux méthodes les plus employées), on reste loin de la courbe réelle d’équilibre liquide/vapeur.
La volatilité relative est plus importante sur la première partie de la courbe et plus faible sur la deuxième partie en se terminant même par un pincement indiquant une séparation difficile à ces concentrations (volatilité relative très proche de 1).
Données
– Rectification d’un mélange Acétone/Eau à environ 75% molaire d’acétone.
– Acétone en tête de colonne : environ 98.6% molaire
– Acétone en pied de colonne : environ 0.03% molaire
Résultats
La simulation shortcut et une simulation plus poussée donnent des résultats très différents.
Si dans la zone d’épuisement, à R/D de 5, la simulation shortcut donne des résultats qui peuvent paraitre cohérents (+20%), dans la zone d’enrichissement par contre, elle sous-estime complétement la séparation dans un rapport de 15 !
Conclusion : Il faut être prudent en utilisant cette méthode relativement simple et l’appliquer uniquement à des mélanges dont la volatilité varie faiblement avec la concentration. Dans le cas contraire il faut faire appel à des modèles thermodynamiques plus sophistiqués comme ceux proposés par ProSim.