Qu'est-ce que la distillation ? C'est le processus de conversion d'un liquide en vapeur, qui se condense ensuite sous forme liquide. L'exemple le plus simple est la distillation de l'eau, où la vapeur d'une bouilloire est déposée sous forme de gouttelettes sur une surface froide.
Application et historique
La distillation est utilisée pour séparer les liquides des solides non volatils, comme dans la distillation des spiritueux à partir de matières fermentées, ou pour séparer deux liquides ou plus avec des points d'ébullition différents, comme dans la fabrication de l'essence, du kérosène et des lubrifiants du pétrole. D'autres applications industrielles incluent le traitement de produits chimiques tels que le formaldéhyde et le phénol et le dessalement de l'eau de mer.
Le procédé de distillation était probablement utilisé par d'anciens expérimentateurs. Aristote (384-322 av. J.-C.) a mentionné que l'eau pure peut être obtenue en évaporant l'eau de mer. Pline l'Ancien (23-79 après JC) a décrit une méthode primitive de condensation dans laquelle l'huile obtenue en chauffant de la colophane est recueillie sur de la laine placée au-dessus dealambic.
Distillation simple
La plupart des méthodes de distillation utilisées dans l'industrie et la recherche en laboratoire sont des variantes de la distillation simple. Cette technologie de base utilise un cube ou une cornue dans lequel le liquide est chauffé, un condenseur pour refroidir la vapeur et un récipient pour recueillir le distillat. Lorsqu'un mélange de substances est chauffé, la plus volatile d'entre elles, ou celle qui a le point d'ébullition le plus bas, est distillée en premier, puis les autres sont distillées, ou pas distillées du tout. Un appareil aussi simple est excellent pour purifier des liquides contenant des composants non volatils et est assez efficace pour séparer des substances ayant des points d'ébullition différents. Pour une utilisation en laboratoire, les parties de l'appareil sont généralement en verre et reliées par des bouchons, des tuyaux en caoutchouc ou des tubes en verre. À l'échelle industrielle, les équipements sont en métal ou en céramique.
Distillation fractionnée
Une méthode appelée distillation fractionnée ou différentielle a été développée pour le raffinage du pétrole, car une simple distillation pour séparer des liquides dont les points d'ébullition diffèrent peu est inefficace. Dans ce cas, les vapeurs se condensent et s'évaporent à plusieurs reprises dans un récipient vertical isolé. Un rôle particulier est ici joué par les vapeurs sèches, les colonnes fractionnées et les condenseurs, qui permettent de renvoyer une partie du condensat vers l'alambic. L'objectif est d'obtenir un contact étroit entre les différentes phases montantes du mélange afin queseules les fractions les plus volatiles sous forme de vapeur atteignaient le récepteur, et le reste revenait sous forme liquide vers le cube. La purification des composants volatils à la suite du contact entre ces contre-courants est appelée rectification ou enrichissement.
Distillation multiple
Cette méthode est également appelée évaporation flash en plusieurs étapes. C'est un autre type de distillation simple. Il est utilisé, par exemple, pour distiller l'eau dans les grandes usines de dessalement commerciales. La conversion du liquide en vapeur ne nécessite pas de chauffage. Il s'écoule simplement d'un récipient à haute pression atmosphérique vers un récipient à plus basse pression. Cela conduit à une évaporation rapide, accompagnée de la condensation de la vapeur en liquide.
Distillation sous vide
Une variante du procédé à pression réduite utilise une pompe à vide pour créer un vide. Cette méthode, appelée "distillation sous vide", est parfois utilisée avec des substances qui bouillent normalement à des températures élevées ou se décomposent lorsqu'elles sont bouillies dans des conditions normales.
Les pompes à vide créent une pression dans la colonne, bien inférieure à la pression atmosphérique. En plus d'eux, des régulateurs de vide sont utilisés. Un contrôle minutieux des paramètres est très important car l'efficacité de la séparation dépend de la différence de volatilité relative à une température et une pression données. La modification de ce paramètre peut nuire à la progression du processus.
La distillation sous vide est bien connue dans les raffineries. Les méthodes de distillation conventionnelles séparenthydrocarbures légers et impuretés d'hydrocarbures lourds. Le produit résiduel est soumis à une distillation sous vide. Cela permet de séparer les hydrocarbures à point d'ébullition élevé tels que les huiles et les cires à basse température. La méthode est également utilisée dans la séparation des produits chimiques organiques sensibles à la chaleur et dans la récupération des solvants organiques.
Qu'est-ce que la distillation à la vapeur ?
La distillation à la vapeur est une méthode de distillation alternative à des températures inférieures au point d'ébullition normal. Il est utilisé lorsque la substance distillée n'est pas miscible et ne réagit pas chimiquement avec l'eau. Des exemples de telles matières sont les acides gras et l'huile de soja. Lors de la distillation, de la vapeur est introduite dans le liquide, ce qui le réchauffe et provoque l'évaporation.
Distillation en colonne garnie
Bien que les colonnes à garnissage soient le plus souvent utilisées pour l'absorption, elles sont également utilisées pour la distillation de mélanges vapeur-liquide. Cette conception offre une grande surface de contact, ce qui augmente l'efficacité du système. Un autre nom pour une telle structure est une colonne de distillation.
Le principe de fonctionnement est le suivant. Le mélange brut de composants de volatilité différente est introduit au centre de la colonne. Le liquide s'écoule à travers la buse et la vapeur monte. Le mélange au fond du réservoir entre dans le préchauffeur et sort avec de la vapeur. Le gaz se précipite à travers le garnissage, ramassant les composants les plus volatils du liquide, sort de la colonne et entre dans le condenseur. Après liquéfaction, le produit entredans le collecteur de flegme, où il est séparé en un distillat et une fraction utilisée pour l'irrigation.
Des concentrations différentes font passer les composants moins volatils de la phase vapeur à la phase liquide. La buse augmente la durée et la surface de contact, ce qui augmente l'efficacité de la séparation. À la sortie, la vapeur contient le maximum de composants volatils, tandis que leur concentration dans le liquide est minimale.
Les buses sont remplies en vrac et en paquets. La forme de la charge peut être aléatoire ou géométriquement structurée. Il est fabriqué à partir d'un matériau inerte tel que l'argile, la porcelaine, le plastique, la céramique, le métal ou le graphite. La charge a typiquement des dimensions de 3 à 75 mm et présente une grande surface en contact avec le mélange vapeur-liquide. Le remplissage en vrac présente l'avantage d'un débit élevé, d'une résistance élevée à la pression et d'un faible coût.
Les charges métalliques ont une résistance élevée et une bonne mouillabilité. Les céramiques ont une mouillabilité encore plus élevée, mais elles ne sont pas aussi résistantes. Ceux en plastique sont assez solides, mais ne mouillent pas bien à faible débit. Les charges céramiques étant résistantes à la corrosion, elles sont utilisées à des températures élevées que le plastique ne peut pas supporter.
Package buses sont un maillage structuré dont les dimensions correspondent au diamètre de la colonne. Fournit de longs canaux pour les flux de liquide et de vapeur. Ils sont plus chers, mais permettent de réduire les pertes de charge. Les buses à paquet sont préférées à de faibles débits et dans des conditions de basse pression. Ils sont généralement fabriqués à partir de bois, de tôle ou de treillis tissé.
Utilisé dans la récupération de solvants et les industries pétrochimiques.
Distillation en colonne de distillation
Le type de colonne le plus utilisé. Le nombre de plateaux dépend de la pureté recherchée et de la complexité de la séparation. Cela affecte la hauteur de la colonne de distillation.
Le principe de son fonctionnement est le suivant. Le mélange est introduit au milieu de la hauteur de la colonne. La différence de concentration fait passer les composants les moins volatils du courant de vapeur au courant liquide. Le gaz sortant du condenseur contient les substances les plus volatiles, tandis que les substances les moins volatiles sortent par le réchauffeur dans le flux liquide.
La géométrie des plaques dans la colonne affecte le degré et le type de contact entre les différents états de phase du mélange. Structurellement, ce sont des tamis, des vannes, des bouchons, des treillis, des cascades, etc. Les plateaux de tamis, qui ont des trous pour la vapeur, sont utilisés pour fournir des performances élevées à faible coût. Les plateaux de vannes moins chers, dans lesquels les ouvertures sont munies de vannes d'ouverture et de fermeture, sont susceptibles de se boucher en raison de l'accumulation de matériau. Les bouchons sont équipés de capuchons qui permettent à la vapeur de traverser le liquide à travers de minuscules trous. Il s'agit de la technologie la plus avancée et la plus coûteuse, efficace aux faibles débits. Le fluide s'écoule d'un bac à l'autre dans les tuyaux verticaux de vidange.
Les colonnes de table sont souvent utilisées pour récupérer les solvants des déchets de procédé. Ils sont également utilisés pour récupérer du méthanol dans une opération de séchage. L'eau sort sous forme de produit liquide et les déchets organiques volatils passent en phase vapeur. C'est ce qu'est la distillation dans une colonne de distillation.
Distillation cryogénique
La distillation cryogénique est l'application de méthodes générales de distillation aux gaz refroidis à l'état liquide. Le système fonctionne à des températures inférieures à -150 °C. Pour cela, des échangeurs de chaleur et des serpentins sont utilisés. L'ensemble de la structure s'appelle un bloc cryogénique. Les gaz liquéfiés entrent dans l'unité et sont distillés à très basse température. Les colonnes de distillation cryogénique peuvent être garnies et conditionnées. La conception par lots est préférée car le matériau en vrac est moins efficace à basse température.
L'une des principales applications de la distillation cryogénique est la séparation de l'air en ses gaz constitutifs.
Distillation extractive
La distillation extractive utilise des composés supplémentaires qui agissent comme un solvant pour modifier la volatilité relative de l'un des composants du mélange. Dans la colonne extractive, un solvant est ajouté aux substances à séparer. Le composant du flux d'alimentation à récupérer se combine avec le solvant et sort en phase liquide. L'autre composant s'évapore et passe dans le distillat. Deuxième course àune autre colonne permet de séparer la substance du solvant, qui revient ensuite à l'étape précédente pour répéter le cycle.
La distillation extractive est utilisée pour séparer les composés avec des points d'ébullition proches et des mélanges azéotropiques. La distillation extractive n'est pas aussi répandue dans l'industrie que la distillation conventionnelle en raison de la complexité de la conception. Un exemple est le processus d'obtention de la cellulose. Le solvant organique sépare la cellulose de la lignine et une seconde distillation produit une substance pure.
