Distillation de l'alcool-Palier de température

[Julio24]

Bonjour,

Mon probléme concerne l'existence d'un palier à 78°C lors de la distillation d'un mélange alcool+éthanol.
Mon tuteur du Cned (je prépare le concours de professeur des écoles) m'affirme qu'il n'y en a pas, car ce mélange n'est (par définition) pas un corps pur. Le palier n'interviendrait qu'à 100°C.
Pourtant, un exercice-toujours du Cned- a le texte suivant:


"À 78° C, l’alcool passe de l’état liquide à l’état gazeux. Dans le tube réfrigérant, les vapeurs d’alcool se condensent et tombent sous forme liquide dans le verre à pied. C’est donc l’alcool que nous obtenons en premier. Lorsque tout l’alcool a disparu du mélange, la température augmente de nouveau et atteint 100° C."

Si elle augmente de nouveau, c'est qu'elle avait cessé d'augmenter (ou alors je suis un abruti), ce qui fait plus que suggérer un palier.

De plus, j'ai trouvé sur Cyberprof un sujet sur la distillation d'un mélange eau+propanone qui parle d'un pallier à la T d'ébullition du propanone:

http://www.cyberprofs.com/reponses-e...e.html#reponse

Aidez-moi SVP, j'ai besoin d'éclaircir ce sujet.
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[invite2313209787891133]

Bonjour

On peut observer un pallier; tout dépend du montage et de la concentration de départ.

Avec un mélange initial qui contient beaucoup d'alcool on va facilement voir un pallier vers 78°C, mais si on distille de la bière avec une petite colonne Vigreux on va mesurer environ 80°C en tête, et cette température ne fera que monter jusqu'à 100°C.

Donc 2 choses interviennent:

• Le montage utilisé, qui est caracterisé par son nombre de plateaux équivalents
• La nature du mélange, associé à la nature des produits (certains se séparent mieux que d'autres).

[Julio24]

Donc, si je comprends bien:

Si la concentration initiale d'alcool est faible, la température, n'aura pas le temps de se stabiliser et on ne pourra pas observer de palier.

Si la concentration initiale est élevée, on verra un palier.

Ce palier est-il un vrai palier ou une section de courbe à pente faible?
Autrement dit, toutes l'énergie est-elle utilisée à ce moment pour vaporiser l'alcool (comme c'est le cas lors de l'ébullition d'un corps pur), ou un epartie de cette énergie peut-elle être emmegasinér par l'eau du mélange (d'où une certaine augmentation de température, dépendant de la proportion d'eau du mélange?

Je sais, je pinaille! Mais j'ai vraiment besoin de bien fixer les choses dans mon esprit. Cela vient du fait que j'ai lu que les paliers de T sont caractéristiques des corps purs lors des changements d'état. Mon probléme n'est lié qu'à la vaporisation des mélanges liquides car j'imagine aisément qu'il n'y a pas de pallier lors de la solidification d'un mélange eau+alcool (je me trompe?).

[PaulHuxe]

On est ici dans un cas un pett peu plus compliqué : le mélange eau-alcool, à 96% d'alcool, distille comme un corps pur, et à une température plus faible que la Teb de l'alcool. On appelle ça un azéotrope.

[A voir en vidéo sur Futura]

[chatelot16]

il n'y a pas de palier de temperature dans le balon : la temperature d'ebulition monte de facon continue au fur et a mesure que l'alcool restant diminue

mais avec une bonne colonne de distilation fractioné l'eau qui a eu le tord de s'evaporer du ballon se condense dans la colone et n'ateind jamais le sommet

si la colonne etait parfaite , le sommet de la colonne resterait a la temperature de l'alcool jusqu'a ce qu'il n'y en ai plus une goutte , et ensuite monterait a 100° : comme jamais rien n'est parfait , le palier sera incliné et le changement de temperature sera arondi

[PaulHuxe]

Encore une fois, ceci est faux pour le mélange eau-alcool.
sur une colonne parfaite, ce qui distille est un mélange eau/alcool à 96 % d'alcool. On reste alors à température constante en tête de colonne, mais cette température est inférieure à celle de l'ébullition de l'éthanol. C'est la température azéotropique/

Pour plus d'infos, voir un cour sur les diagrammes binaires, par exemple ici : http://www.ucam.ac.ma/fssm/cmcp/Diag...hapitre_II.htm

[Julio24]

Si je comprends bien, ça dépend de si l'on parle de la température du liquide contenu dans le ballon ou de la température en tête d 'une colonne "parfaite" ou encore d'une excellente colonne réelle avec un excellent montage (débit de sortie, chauffe...):

-On n'observe pas de palier de température dans un mélange lors du changement d'état d'un des constituants.

-On peut observer un palier en tête d'une colonne parfaite, car le corps qui s'y recondense est pur (ou presque) en tête de colonne.

Ma confusion viendrait alors du fait que mes cours parlent des températures du liquide et de celle prise en tête de colonne sans vraiment faire la distinction.

Merci pour vos réponses!

Je me pose alors d'autre questions sur l'ébullition des solutions ioniques (eau salée par exemple)... Puis-je embrayer dessus ici?

[PaulHuxe]

La confusion vient peut-être que la température prise en tête de colonne est celle du liquide en équilibre avec sa vapeur. Dans une colonne parfaite, nous sommes réellement à l'équilibre et ces eux températures sont strictement identiques.

[invite76ad5ddb]

Si je comprends bien, ça dépend de si l'on parle de la température du liquide contenu dans le ballon ou de la température en tête d 'une colonne "parfaite" ou encore d'une excellente colonne réelle avec un excellent montage (débit de sortie, chauffe...):

-On n'observe pas de palier de température dans un mélange lors du changement d'état d'un des constituants.

-On peut observer un palier en tête d'une colonne parfaite, car le corps qui s'y recondense est pur (ou presque) en tête de colonne.

Ma confusion viendrait alors du fait que mes cours parlent des températures du liquide et de celle prise en tête de colonne sans vraiment faire la distinction.


Merci pour vos réponses!

Je me pose alors d'autre questions sur l'ébullition des solutions ioniques (eau salée par exemple)... Puis-je embrayer dessus ici?

Déja ve voir ce site

http://azprocede.hostarea.org/Cours_...scontinue.html


Dans une distillation discontinue la composition en tête de la colonne change au fur et à mesure de la distillation avec un reflux constant.
Le mélange au bouilleur s’appauvri en produit léger (ethanol) et le produit lourd (eau) monte dans la colonne.
Pour garder une composition constante il faut augmenter le taux de reflux. Quand ce taux de reflux devient trop important cela signifie qu’il faut soutirer une autre fraction Elle aura une composition différente (moins de produit léger et plus de lourd). Si on veut épuiser le bouilleur en produit léger il faudra avoir en tête un soutirage avec un produit avec de plus en plus de produit lourd et à la fin on aura en tête que du produit lourd.
La température prise en tête est fonction de la composition du mélange. En tête de la colonne on n’a pas un corps pur mais un mélange.

Pour une distillation continue le fonctionnement est différent. En fonctionnement normal la colonne est constamment alimentée par un mélange eau éthanol. En pied on a une composition constante du liquide dans le bouilleur et en tête une composition constante de la vapeur qui dépende :
• De la chauffe au bouilleur
• Du taux de reflux
• Du nombre de plateaux de la colonne.
Si ces paramètres sont bien ajustés on a en pied un produit lourd avec un % de produit léger et en tête une vapeur avec un % de produit lourd. C’est ces % qui permettent de déterminer le nombre de plateaux pour la séparation. Plus on veut du produit plus il faudra augmenter le nombre de plateaux. On n’aura jamais un produit avec une pureté de 100% en distillation continu ce qui n’est pas le cas en distillation discontinu.
Pour le cas eau-ethanol nous avons un azéotrope. Un mélange azéotropique est un mélange qui présente, pour une composition particulière, une phase vapeur ayant la même composition que la phase liquide avec laquelle elle est en équilibre. Dans notre cas cela se passe avec un mélange 96% ethanol et 4% d’eau. En tête de la colonne nous aurons donc au mieux cette composition qui bout à une température de 78,2°C.
En distillation continue nous aurons toujours cette température en tête. En réalité pour avoir presque la composition de l’azéotrope il faut beaucoup de plateaux et souvent on obtient de l’alcool à 92%.
En distillation discontinue on peut avoir aussi une composition constante proche de l’azéotrope avec un nombre de plateaux suffisant. On aura donc aussi un palier de température proche de 78.2°C. Il faudra augmenter le reflux pour garder ce palier tant qu’il y aura assez d’éthanol dans le bouilleur. A un certain moment la température va monter et on aura un mélange plus riche en eau. Quand tout l’éthanol aura été distillé on aura en tête que de l’eau avec un palier de température de 100°C.
Au bouilleur le mélange va s’appauvrir en éthanol et la température va augmenter tout au long de la distillation jusqu’à la valeur de 100°C. La température est fonction de la composition du mélange.
Pendant la condensation d’un corps pur la température est constante. Elle est uniquement fonction de la pression. Pour un mélange elle varie entre le point de rosée et le point de bulle tout le long du condenseur.
Dans le cas eau éthanol l’azéotrope se comporte comme un corps pur. Il n’y a pas de variation de température si on distille l’azéotrope en tête de la colonne. En distillation discontinue au début on aura l’azéotrope puis la composition va changer (plus d’eau) et on aura dans cette étape un binaire avec une variation de la température entre la vapeur et le liquide.

J'espère que ce message va t'éclairer.

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je me permet d'ajouter quelques réponses "simples" plutot que d'écrire un roman.

-On n'observe pas de palier de température dans un mélange lors du changement d'état d'un des constituants.

Il n'y a pas de changement d'état d'un seul des constituants; quel que soit l'emplacement dans le montage de distillation on a toujours une partie de l'un et une partie de l'autre.

-On peut observer un palier en tête d'une colonne parfaite, car le corps qui s'y recondense est pur (ou presque) en tête de colonne.

Oui, ensuite en fonction du nombre de plateaux et de la quantité de ce produit "pur" le plateau est plus ou moins plat.
Si on distille de l'eau et de l'ethanol par exemple la temperature va rester proche de 78°C si le montage n'est pas trop mauvais (assez de plateaux) et qu'il y a une assez grande quantité d'ethanol au dépard jusqu'à épuisement de la majeure partie de l'ethanol.

Ma confusion viendrait alors du fait que mes cours parlent des températures du liquide et de celle prise en tête de colonne sans vraiment faire la distinction.

Ca ne change rien; en tête tu mesures la température au point de rosée du liquide qui distille.

Je me pose alors d'autre questions sur l'ébullition des solutions ioniques (eau salée par exemple)... Puis-je embrayer dessus ici?

Oui.

[invite2313209787891133]

il n'y a pas de palier de temperature dans le balon : la temperature d'ebulition monte de facon continue au fur et a mesure que l'alcool restant diminue

Ca dépend de ce que l'on distille.

[chatelot16]

bien sur quand j'ai dit que la temperature en tete de colonne parfaite resterait en palier jusqu'a la derniere goutte d'alcool , c'est dans le cas du methanol ou d'autres produit ne fesant pas d'azeotrope

dans le cas de l'ethanol c'est presque pareil sauf qu'il sort de l'alcool a 96% a une temperature plus faible que la temperature de l'alcool pur

il y a longtemps les chimiste on pris ce melange azeotrope pour de l'alcool pur

[invite76ad5ddb]

Bonjour

Je me permet d'ajouter quelques réponses "simples" plutot que d'écrire un roman.



Il n'y a pas de changement d'état d'un seul des constituants; quel que soit l'emplacement dans le montage de distillation on a toujours une partie de l'un et une partie de l'autre.



Oui, ensuite en fonction du nombre de plateaux et de la quantité de ce produit "pur" le plateau est plus ou moins plat.
Si on distille de l'eau et de l'ethanol par exemple la temperature va rester proche de 78°C si le montage n'est pas trop mauvais (assez de plateaux) et qu'il y a une assez grande quantité d'ethanol au dépard jusqu'à épuisement de la majeure partie de l'ethanol.



Ca ne change rien; en tête tu mesures la température au point de rosée du liquide qui distille.



Oui.

Il faudrait préciser si on parle d'une distillation discontinue ou continue. C'est une question simple. J'espère que ce n'est pas un roman trop long.

[Julio24]

Vos réponses sont très complètes et vont beaucoup plus loin que ce que j'avais pensé au départ.
Je voudrait resituer le débat : j'ai parlé d'un mélénge eau+éthanol, comme dans mes cours, mais il ne s'agit que d'un exemple pour illustrer le cas général. Il n'est pas question pour moi d'entrer dans des subtilités telles que l'azéotropie car je passe le concours de professeur des écoles, pas de professeur de physique-chimie!
Ne parlons donc ici que de produit lourd et produit léger. Le montage de distillation est tel qu'on pourrait le trouver dans un collège ou un lycée : un ballon, une colonne Vigreux et un réfrigérant à eau. Le thermomètre se trouvera forcément en tête de colonne.

Observera-t-on, donc, un palier de T°C? Cette temp correspond-t-elle à celle du liquide?

[invite76ad5ddb]

Pour séparer des produits il faut un reflux sur une colonne. C'est à dire une partie du condensat en tête de colonne est recyclé dans la colonne.
Si on a une colonne sans reflux on a seulement une ébullition du mélange et la vapeur a une composition plus riche en produit léger. A un instant donné le liquide condensé aura une composition plus riche en produit léger que celui contenu dans le ballon.
La composition dans le ballon va s'enrichir en produit lourd et la température d'ébullition va augmenter. Comme la composition en produit léger va diminuer suite au soutirage en tête la température en tête va aussi augmenter.
En tête de la colonne on mesure la température des vapeurs. C'est la température du point de rosée du mélange. Le liquide va se condenser jusqu'a une température correspondant au point de bulle.
Lorsque l'on a 2 produits:
La température du point de bulle c'est la température d'apparition de la première bulle de vapeur quand on chauffe la mélange.
La température de rosée c'est la température d'apparition de la première goute de liquide quand on refroidie la vapeur.
Ces deux températures sont fonction de la composition du mélange pour une pression donnée (ex: P atm).
On ne peut pas séparer 2 produits par une simple ébullition.

[Julio24]

On ne peut pas séparer 2 produits par une simple ébullition.

Merci, je crois que c'est la réponse qui correspond le mieux à ma question! C'est la distillation classique comme dans un alambic de Grand-père : on obtient un mélange enrichi en produit léger (dit aussi gnôle) qu'on doit repasser en distillation pour l'enrichir encore. La température augmentera jusqu'à 100°C, avec une pente toujours positive.
Merci aussi à toutes les autres réponses car elles m'ont permis de voir que le problème est plus complexe que je ne le pensais. Je pense avor assez bien compris dans l'ensemble.

Comme je disais plus haut, je vais ouvrir un sujet sur la solidification des mélanges:

Solidification des mélanges (congélation)

J'espère vous y retrouver!

[invite2313209787891133]

Vos réponses sont très complètes et vont beaucoup plus loin que ce que j'avais pensé au départ.
Je voudrait resituer le débat : j'ai parlé d'un mélénge eau+éthanol, comme dans mes cours, mais il ne s'agit que d'un exemple pour illustrer le cas général. Il n'est pas question pour moi d'entrer dans des subtilités telles que l'azéotropie car je passe le concours de professeur des écoles, pas de professeur de physique-chimie!
Ne parlons donc ici que de produit lourd et produit léger. Le montage de distillation est tel qu'on pourrait le trouver dans un collège ou un lycée : un ballon, une colonne Vigreux et un réfrigérant à eau. Le thermomètre se trouvera forcément en tête de colonne.

Observera-t-on, donc, un palier de T°C? Cette temp correspond-t-elle à celle du liquide?

Bonjour

Pour répondre à cette question il faudrait avant tout définir un "pallier".
Une simple colonne de Vigreux peut correspondre à 2/3 plateaux, ce qui est suffisant pour observer un semblant de pallier avec un mélange eau/ethanol.
La température ne sera pas forcement stable, mais avec un simple thermomètre à alcool on ne verra pas de variation pendant une bonne partie de la distillation.

A titre d'illustration voici une petite simulation numérique de la température que l'on obtiendrait en tête en distillant à l'aide d'un montage ballon/Vigreux un mélange d'eau et d'ethanol à 5 % et à partir d'un mélange à 50%.

La simulation est basée sur un taux de reflux de 1.4 (ce qui est faible, même pour une Vigreux) et 3 plateaux théoriques, avec 1 kg de mélange et un débit de coulage de 0.5kg/h.

[Julio24]

Bonjour

A titre d'illustration voici une petite simulation numérique de la température que l'on obtiendrait en tête en distillant à l'aide d'un montage ballon/Vigreux un mélange d'eau et d'ethanol à 5 % et à partir d'un mélange à 50%.

La simulation est basée sur un taux de reflux de 1.4 (ce qui est faible, même pour une Vigreux) et 3 plateaux théoriques, avec 1 kg de mélange et un débit de coulage de 0.5kg/h.

Et bien voilà qui relance tout!
Mais il ya ici deux graphiques tres différents : l'un montre un palier ou presque à 78.5°C alors que l'autre pas du tout (la température augmente rapidement dès t=0)! D'où vient la différence?

[invite2313209787891133]

La différence vient du fait que dans un cas le flux de départ est à 5% d'alcool. Il n'y a pas de pallier visible car la quantité d'alcool totale est assez faible; on utilise une grande proportion d'alcool simplement pour remplir les volumes gazeux du ballon et de la colonne.

Par ailleurs la quantité d'alcool devenant rapidement faible dans le culot on évapore une vapeur moins riche en alcool, et donc ayant une température de rosée plus grande, et l'alcool present dans le culot s'appauvrit assez vite.

Inversement avec un mélange initial à 50% on évapore une vapeur plus riche en alcool, et pendant plus longtemps, d'où un semblant de pallier.

[Julio24]

OK, merci dudulle pour cette précision.

Il s'agit donc bien d'un "semblant de palier". Mais quand on arrive à la température d'ebullition de l'eau, on a bien un vrai palier, n'est-ce pas?

[invite76ad5ddb]

Avec 2 corps un léger et un lourd on a pour une pression donnée une température d'ébulition qui est fonction de la composition du mélange liquide. Ces températures sont comprises pour un mélange normal entre la température d'ébullition du léger et du lourd.
Avec 100% d'eau j'ai la température d'ébullition de l'eau soit 100°C.
Dans une distillation discontinue on a une évolution continue de la composition en pied et en tête donc une évolution des températures d'ébulition jusqu'à l'épuisement en léger dans le pied.
Ces évolutions sont données par le diagramme binaire des deux composés. On utilise le diagramme isobare.

Voir pour plus de précision:
http://www.educnet.education.fr/rnch...equilibres.pdf

[invite76ad5ddb]

voir aussi sur internet


http://gfev.univ-tln.fr/DISTI/distillation.htmoir aussi

[invite2313209787891133]

OK, merci dudulle pour cette précision.

Il s'agit donc bien d'un "semblant de palier". Mais quand on arrive à la température d'ebullition de l'eau, on a bien un vrai palier, n'est-ce pas?

Fondamentalement on ne peux pas vraiment parler de pallier, puisqu'il reste toujours des traces d'un composé, mais en pratique on parle bien de pallier au vu de la précision de la mesure (souvent des thermometres à 1°C près dans les manips).

[invite2313209787891133]

Avec 2 corps un léger et un lourd on a pour une pression donnée une température d'ébulition qui est fonction de la composition du mélange liquide. Ces températures sont comprises pour un mélange normal entre la température d'ébullition du léger et du lourd.

Pas forcément.

[invite2313209787891133]

OK, merci dudulle pour cette précision.

Il s'agit donc bien d'un "semblant de palier". Mais quand on arrive à la température d'ebullition de l'eau, on a bien un vrai palier, n'est-ce pas?

J'ajouterai que mon exemple portait sur un faible nombre de plateaux, et sur un taux de reflux misérable. Dans le milieu industriel on utilise souvent des colonnes de plusieurs dizaines de plateaux, à des taux de reflux de 3 ou 4. Dans ces conditions il n'est pas rare de voir un "pallier" qui ne varie que de quelques centièmes de degrés sur la majorité du temps du batch, mais bien sur avec une sonde précise à 10-6°C on verrait sans doute une montée constante de la température...

[invite76ad5ddb]

je m'exuse mais c'est vrai pour n'importe quel binairte sauf si on a un azeotrope.

[invite2313209787891133]

Oui, c'est ce que je sous entendais, la température peut alors plus faible que le plus leger des composé, ou plus grande que le plus lourd.

[Julio24]

Le lien donné par GC69 étant erroné, je me permet de corriger:

http://gfev.univ-tln.fr/DISTI/distil....htm#distillat

Merci pour vos réponses, je crois que j'ai bien compris!

Maintenant, parlons si vous le voulez bien d'une solution saline:

Lors de la congélation, il n'y aura pas de palier de température, contrairement à ce que l'on peut observer avec l'eau pure. Mais lors de la vaporisation?

Que se passe-t-il si on fait bouillir une solution salée? La tempérarure d'ébullition sera supérieure à 100°C n'est-ce pas (à P standard)?
Je pense qu'ilm y aura un palier à cette température ; je me trompe?

[invite76ad5ddb]

Le lien donné par GC69 étant erroné, je me permet de corriger:

http://gfev.univ-tln.fr/DISTI/distil....htm#distillat

Merci pour vos réponses, je crois que j'ai bien compris!

Maintenant, parlons si vous le voulez bien d'une solution saline:

Lors de la congélation, il n'y aura pas de palier de température, contrairement à ce que l'on peut observer avec l'eau pure. Mais lors de la vaporisation?

Que se passe-t-il si on fait bouillir une solution salée? La tempérarure d'ébullition sera supérieure à 100°C n'est-ce pas (à P standard)?
Je pense qu'ilm y aura un palier à cette température ; je me trompe?

Lorsque l'on fait bouillir une solution saline on a une température d'ébulition supérieure à 100°C. C'est de l'ordre de 2 à 5°C suivant la nature du sel. C'est ce qu'on appelle un retard à l'ébullition. La vapeur qui est émise est dons légèrement surchauffée car elle sort à la même température que la solution.
La température d'ébullirion est constante. Si la concentraion en sel augmente beaucoup la température d'ébullition va très légérement augmenter de quelques dixièmes de degré.

[Julio24]

Donc on doit se méfier des affirmations du genre:

"Lors du changement d'état d'un mélange, il n'y a pas de palier de température."

Non?