Distillation azéotropique pour obtenir de l'éthanol absolu

[invite6b397fca]

Bonjour à tous,

Voilà, j'ai un petit problème de génie chimique concernant la rectification :
"On a de l'alcool dénaturé à 5% d'eau, on cherche à l'éliminer par rectification (eau et éthanol forment un azéotrope à minimum). Ici, on veut l'éliminer par distillation azéotropique avec le benzène.
Les chiffres :
-l'eau va s'éliminer sous la forme d'un azéotrope ternaire (benzène 74.1% alcool 18% Eau 8% à Teb=65°C)
-l'excès de benzène forme aussi un azéotrope (binaire : benzène 67% Alcool 33% à Teb=68°C)
Et enfin on distille l'alcool pur à Teb=78°C

Questions : 1) La masse de benzène à utiliser dans une rectification de 100g d'EtOH dénaturé pour récupérer le maximum d'alcool pur? La quantité d'EtOH qu'on récupère?
2) On charge 55g d'EtOH dénaturé avec 45g de benzène.
Allure de la courbe de distillation?
Masse d'EtOH absolu récupéré? "

Au delà du fait que je ne vois pas comment répondre aux questions de cet énoncé, j'ai du mal à visualiser ce qui se passe en pratique. Ces 2 azéotropes à des Teb proches m'embrouillent un peu.
Si quelqu'un pouvait m'aiguiller sur la marche à suivre pour répondre à ces questions (toutes les formules que j'essaye vainement d'appliquer prennent en compte des données que je n'ai pas) ça m'aiderait peut être à mieux comprendre le principe...

Merci d'avance pour toute explication que vous pourrez me fournir!
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[invite2313209787891133]

Bonjour

Lorsque tu distille un mélange tu peux simplifier en considérant que tu vaporise les composés un par un, dans l'ordre de leurs températures d'ébullition. Lorsqu'il y a présence d'un azéotrope tu peux le considérer comme un composé pur.

Tu dois donc faire la liste de tous les composés, et les azéotropes succeptibles de se former, puis de les ranger par ordre croissants de température d'ébullition.

Lorsque tu vas distiller ce mélange tu vas sortir chacun des composés (ou azéotropes) dans l'ordre listé précédemment, jusqu'à épuisement de ce composé (ou de l'un des composé qui forme l'azéotrope).

Je prend un exemple simple: Tu distille un mélange d'eau et de toluène. Le toluène bout à 110°C, mais forme un azéotrope avec l'eau à 84°C, avec 80% de toluène et 20% d'eau.
Tu vas donc sortir l'azéotrope en premier, jusqu'à épuisement de l'eau ou du toluène, en fonction de la composition de départ. Si l'eau est épuisée en premier on sort donc le toluène pur aussitôt derrière l'azéotrope.

Pour résoudre ce petit exercice il n'y a pas besoin de formules, juste d'un peu de réflexion.

[invite6b397fca]

Ok donc si je comprends bien dans mon cas, c'est d'abord l'eau qui va être éliminée puis le benzène pour obtenir (enfin) l'alcool pur (je suppose que Teb du benzène n'étant pas donnée, elle doit etre supérieure à Teb de l'éthanol).

Mais c'est au niveau du calcul de masse que ça bloque.
On part de 100g d'alcool dénaturé à 5% d'eau.. Soit.
Je pensais d'abord calculer la masse d'eau contenue dans l'alcool dénaturé mais je ne vois pas à quoi ça me mène (si tant est que je puisse la calculer...) Et même en considérant une masse d'eau quelconque je bloque après avec les pourcentages..
Je suis un peu perdue, je ne refuserais pas un petit supplément d'aide (si c'est possible )

[invite2313209787891133]

C'est pourtant simple, je t'ai donné la marche à suivre.

Quels sont les composés présent et les azéotropes possibles ?
-Eau, éthanol, benzène
-Eau + éthanol, eau + benzène, éthanol + benzéne, eau + éthanol + benzène.

Dans quel ordre ces composés vont "sortir" ?

-Ternaire "eau/ethanol/benzène" : 65°C
-Binaire "éthanol/benzène" : 68°C (si il reste ces 2 composés)
-Binaire "eau/benzène" : 69°C (si il reste encore ces 2 composés)
-Binaire "eau/éthanol" : 78.2°C (si il reste encore ces 2 composés)
-éthanol : 78.3°C (si il en reste)
-Benzène : 80.2°C (si il en reste)
-Eau : 100°C (si il en reste)

En fonction de la composition de départ tu vas donc être en mesure de dire combien de ternaire tu vas pouvoir former, puis une fois que ce ternaire est distillé quelle est la composition de ce qu'il reste et donc quel est le prochain composé ou binaire qui va distiller.

Est ce plus clair cette fois ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[chatelot16]

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[invite6b397fca]

@chatelot16 : ?

@Dudulle : oui j'ai bien compris cela merci, c'est au niveau des calculs que ça bloque, je trouve les résultats assez peu cohérents :
(arrêtez moi si je dis une bêtise)
L'alcool est à 0.5% d'eau soit m(eau)=5g
w(eau) = m(eau)/m(tot az ter)
soit m(tot az ter) = 5/0.08 = 62.5g d'azéotrope ternaire
On en déduit m(alcool)= 0.18*62.5 = 11.25g
et m(benzène) = 0.741*62.5 = 46.3g

Il reste alors 100 - 11.25 = 88.75g d'alcool
m(tot az bin) = 88.75/0.33 = 268.9g d'azéotrope binaire
On en déduit m(benzène) = 0.67*268.9 = 180.2g

Soit m(benzène total) = 46.3 + 180.2 = 226.5g de benzène
Et m(alcool pur) = 88.75g

Ca me semble bizarre comme résultat mais c'est surtout la q.2 qui me fait penser que je ne dois pas tout faire comme il faudrait.

m(tot az ter) = 45/0.741 = 60.7g d'azéotrope ternaire
alors m(eau) = 0.08*60.7 = 4.86g
et m(alcool) = 0.18*60.7 = 10.93g

Il me reste 45-10.9 = 34.1g alcool
m(tot az bin) = 34.1/0.33 = 103.3g d'azéotrope binaire
alors m(benzène) = 0.741*103.3 = 69.2g
Masse de benzène supérieure à celle introduite --> absurde ici...

/!\ Help sivouplait /!\

[invite2313209787891133]

Donc pour la 1ere question tu pars de 100g d'alcool, soit 95g d'ethanol + 5g d'eau.
Le ternaire contient: benzène 74.1% alcool 18% Eau 8%. On remarquera au passage que le total ne fait pas 100%; on arrondit le benzene à 74%.

Pour eliminer l'eau il faut donc que les 5g de départ represente 8% de la masse du ternaire. Tu peux faire un petit tableau:
Eau: 5g ou 8%
Ethanol: x ou 18%
Benzene: y ou 74%

Il ne reste plus qu'à faire des produits en croix:
8% * x = 18% * 5g; x = 11.25g
8% * y = 74% * 5g; y = 46.25g

comme on est jamais trop prudent on vérifie les pourcentages:
masse totale= 62.5g
Eau: 5 / 62.5 = 8%
Ethanol: 11.25 / 62.5 = 18%
Benzene: 46.25 / 62.5 = 74% ouf...pas d'erreur.

Il faut donc ajouter 46.25g de benzene; on distille 62.5g de ternaire et il reste 95 - 11.25 = 83.75g d'éthanol déshydraté dans le culot (pas de binaire, vu que l'on a épuisé l'eau et le benzene en même temps).

Pour la 2eme question:
On mélange 55g d'alcool, donc 2.75g d'eau et 52.25g d'éthanol avec 45g de benzène. La masse totale est de 100g.

On distille d'abord le ternaire. L'eau répresente 2.75% du total, et le ternaire en contient 8%. L'eau va donc s'épuiser en 1er.

On calcule donc la masse du ternaire avec 2.75g d'eau.
On fait un petit tableau:
Eau: 2.75g ou 8%
Ethanol: x ou 18%
Benzène: y ou 74%

On fait les produits en croix; on trouve ethanol = 6.1875g et benzène = 25.4375g

On a distillé 34.375g de ternaire, il reste encore 65.625g dans le culot.

Il reste 46.0625g d'ethanol et 19.5625g de benzene, soit 70.2% d'ethanol et 29.8% de benzene.
Le binaire suivant (ethanol/benzene) contient 33% d'ethanol et 67% de benzene. On constate que le benzene va s'épuiser en premier.

De la même façon que precedement on calcule la masse d'ethanol distillé à partir de la masse de benzene qu il reste, sachant que cette masse entre pour 67% dans la composition du binaire.
En faisant une petite soustraction on trouve la quantité d'ethanol deshydratée restante.

Pour ce qui est de la courbe de temperature; celle ci passe simplement par chaque temperature d'ebullition, en faisant des palliers.