Insertion d'échangeurs de chaleur dans un train de distillation

Résumé du document

De nos jours, la distillation est un processus utilisé fréquemment dans différents types d'industrie afin de récupérer, soit le produit d'un mélange, soit pour purifier un produit présentant quelques impuretés (pétrochimie, distillation des alcools…).
Il existe principalement deux types de colonnes :
- les colonnes à garnissages
- les colonnes à plateaux
Dans ce projet, seules les colonnes à plateaux sont à l'étude. Celles-ci sont constituées de quatre éléments principaux :
- le bouilleur : c'est un réservoir chargé au départ du mélange à distiller
- le dispositif de chauffage du bouilleur. En général, c'est une chaudière qui apporte l'énergie nécessaire pour vaporiser le mélange à distiller
- la colonne de rectification. Cette colonne est séparée en deux zones : la zone d'enrichissement et la zone d'épuisement. La séparation de ces deux zones se fait au niveau du plateau d'alimentation
- le condenseur : c'est lui qui condense le mélange qui arrive en haut de la colonne. Une partie va dans le distillat et l'autre retourne dans le bas de la colonne pour constituer le résidu.

Extraits

[...] Grâce à l'utilisation d'échangeur de chaleur, on condense ou on refroidit les distillats gazeux sans l'apport supplémentaire de liquide de refroidissement. Et on chauffe par la même occasion l'alimentation. Dans le montage avec échangeur, le dichlorométhane ressort à 294 K soit 21 A cette température il est liquide. On peut donc le stocker dans des cuves. Conclusion sur le modèle RadFrac La séparation via l'utilisation du modèle RadFrac est simple et la consommation d'énergie selon nous, été réduite au maximum. [...]

[...] Conclusion Ce projet nous aura montré l'influence de divers paramètres de fonctionnement d'une colonne sur : le degré de pureté des composés séparés la consommation d'énergie de la colonne Mais surtout, il nous montre à quel point l'optimisation des paramètres est nécessaire dans le but de faire des économies d'énergies et donc d'argent. Les échangeurs de chaleur constituent également une façon d'optimiser une installation. Cependant, seul l'aspect énergétique a été étudié et non l'aspect économique. Il faut donc regarder de très près le rapport prix sur consommation ou énergie échangée. Si ce rapport est trop élevé, alors l'installation risque de ne pas être rentable. [...]

[...] Tout ceci vient de la méthode de calcul associée au modèle de colonne utilisé. En effet, dans le modèle RadFrac, tous les calculs de bilans enthalpiques et énergétiques sont pris en compte dans le calcul des consommations d'énergie Qr, et le calcul de l'énergie récupérée au condenseur Qc, ce qui n'est pas le cas du modèle Distl. Par conséquent, les résultats obtenus avec le modèle Distl sont plus approximatifs. Comme le modèle RadFrac est beaucoup plus rigoureux que le modèle Distl, seuls les résultats obtenus avec RadFrac sont à prendre en considération. [...]

[...] L'autre partie retourne dans la colonne par gravité et constitue le résidu. Sur chaque plateau un équilibre s'établit entre le liquide qui reflue et la vapeur qui monte. Le liquide s'appauvrit en composé le plus volatil qui se vaporise et la vapeur s'appauvrit en composé le moins volatil qui se condense. On explique ainsi la séparation qui s'effectue tout au long de la colonne. La qualité de la séparation sera donc directement fonction du nombre de plateaux de la colonne. [...]

[...] Voici les nouveaux paramètres de colonne utilisés. Nous avons constaté que le nombre de plateaux des colonnes n'influait pas sur Qc et Qr. Les véritables paramètres qui jouent sur la valeur de Qc et Qr sont le taux de reflux et le rapport débit du distillat sur débit d'alimentation. Voici le schéma des colonnes, précédé des résultats obtenus avec ces nouveaux paramètres : Voici les valeurs obtenues pour les échanges thermiques : Discussion : En ajustant intelligemment les paramètres de colonnes, la diminution de la consommation d'énergie a été réduite de moitié, sans avoir une perte importante de pureté. [...]