1. Transfert de matière - Distillation compartimentée idéale
- Author
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Jean-Paul Moulin, Dominique Pareau, Arsène Isambert, Mohamed Rakib, and Moncef Stambouli
- Abstract
Cet article presente l’une des operations unitaires les plus anciennes, la distillation, dont l’utilisation est tres large dans l’industrie : petrole en premier lieu, mais aussi chimie, pharmacie, agroalimentaire... Elle est abordee en tant qu’operation compartimentee, comportant soit un seul etage (distillation simple), soit plusieurs etages ; la circulation des deux phases liquide et vapeur se fait alors a contre-courant (rectification). Le fonctionnement reel des etages est tres complexe. On l’approche cependant avec une precision acceptable par le modele de l’etage theorique ou ideal. Un etage ideal assure deux fonctions essentielles : les phases effluentes sont en equilibre thermodynamique ; la separation physique (desengagement) des deux phases effluentes est parfaite : il n’y a pas d’entrainement mecanique d’une phase dans l’autre. Cette definition depasse le cadre de la distillation et peut s’appliquer aux autres operations unitaires que nous abordons dans les articles suivants (extraction liquide-liquide, gaz-liquide, etc.). Toutefois, dans le cas particulier de la distillation, ou transferts de matiere et de chaleur sont concomitants, on suppose de plus que l’etage est adiabatique et isobare. Bien qu’elles apportent de grandes simplifications, ces deux hypotheses ne sont pas indispensables. L’interet fondamental de ce modele est de donner la possibilite de dimensionner un appareil sans avoir recours ni a des donnees cinetiques (equilibre thermodynamique atteint), ni a des donnees relatives aux ecoulements : l’absence d’entrainement ainsi que de transport de matiere entre les etages permet de donner aux relations de bilan interetage (relations operatoires) une forme particulierement simple. Ses inconvenients sont lies aux hypotheses ; on determine un nombre d’etages ideaux mais, de par la nature du modele, on ne peut donner aucune indication sur les points suivants : relation entre le nombre d’etages theoriques et le nombre d’etages reels ; dimensionnement des etages reels. Ces points ne peuvent etre precises qu’en recourant soit aux regles de l’art (l’experience), soit a des modeles moins simples (cas des operations compartimentees non ideales Transfert de matiere- Autres operations compartimentees ). Toutefois, appuye sur l’extrapolation raisonnee des installations existantes, ce modele permet une estimation souvent precise du dimensionnement des appareils a compartiments separes. Il est universellement employe pour les etudes d’avant-projet. Deux types de problemes peuvent etre traites avec le modele de l’etage ideal : le dimensionnement d’une installation neuve et l’adaptation d’une installation existante. La presentation de la distillation est ici faite en adoptant le premier point de vue. La recherche des solutions repose systematiquement sur des methodes graphiques : la comprehension en est facilitee et la transposition de ces methodes iteratives au calcul automatique est aisee. La methode de Ponchon-Savarit, la plus generale, est presentee systematiquement. La methode de MacCabe et Thiele est introduite dans les cas particuliers ou elle apporte une reelle simplification (cas des flux molaires constants des deux phases). Ces considerations, developpees ici dans le cadre de la distillation, restent valables pour les autres operations unitaires decrites dans les articles suivants.
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- 2001
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