Colonne de distillation

[invite704cff04]

bonjour tout le monde .
ma question est comment estimer la consommation énergétique d'une colonne de distillation?
merci
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[invite2313209787891133]

Bonjour

A partir de quelles données d'entrée ? Cette question c'est un peu comme si tu demandais combien consomme un véhicule.

[invite704cff04]

j'ai déterminé le reflux minimum ainsi que le nombre d'étages mais je ne sais pas quoi faire après.

[invite704cff04]

je veux savoir les étapes que je dois suivre pour déterminer le cout énergétique d'une colonne.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2313209787891133]

La 1ere chose à faire c'est un bilan thermique.
Tu dis que tu connais le taux de reflux minimum ; il faut simplement que tu fixes un débit d'alimentation arbitraire, tu fais un bilan thermique avec chacun des flux et tu connaitra la quantité d'énergie à apporter au système.

[invite704cff04]

pour faire le bilan thermique est ce que je dois calculer les puissances apportées par le rebouilleur et le condenseur?et comment je peux introduire le reflux min?

[invite2313209787891133]

Si tu veux je peux t'aider à le faire:

- Quel est le composé que tu distilles en tête.
- Quel est le taux de reflux visé
- Quels sont les débits d'alimentation et de distillat en tête.

Je t'expliquerai la démarche.

[invite704cff04]

merci beaucoup mais est ce que tu peux m'expliquer la démarche en général en supposant les débits et le reflux connu parce que je dois l'exposer puis l'appliquer à n'importe quel mélange?

[invite704cff04]

merci beaucoup mais est ce que tu peux m'expliquer la démarche en général en supposant les débits et le reflux connu parce que je dois l'exposer puis l'appliquer à n'importe quel mélange?

[invite2313209787891133]

Je vais t'expliquer la démarche, pas te faire ton exercice, mais pour cela il me faut des valeurs, donc autant utiliser les tiennes.

[invite704cff04]

ok désolée.
soit un mélange méthanol+eau avec :
xf=0.4 et xd=0.98 et xr=0.O3 et R=1.5.

[invite2313209787891133]

Donc il y a plusieurs façons de faire le bilan des énergies ; je vais t'en détailler une qui a l'avantage d'être très rigoureuse (même si elle est un peu plus longue).

1/ Tu fais un petit schéma.

2/ Tu détermines chacun des débits.

3/ Tu calcules l'enthalpie de chacun des flux ; ceux qui entrent dans la colonne :
- L'alimentation
- Le reflux.

et ceux qui sortent :
- Les vapeurs en tête vers le condenseur
- Le pied de colonne
- plus éventuellement la chaleur dissipée sur la colonne.

Par enthalpie je veux dire la quantité de chaleur à fournir au flux pour le porter à cet état et cette température par rapport à une référence arbitraire (généralement on prend 0°C / état liquide).
Par exemple l'enthalpie d'un flux de 1 kg/h d'eau à 10°C est de 4180 x 10 = 41800 J/h (soit 41800/3600 = 11,6 W).

Tu peux trouver des tables pour te faciliter la tache ; il y en a une ici pour l'eau liquide: http://www.thermexcel.com/french/tables/eau_atm.htm

4/ Tu fais la somme des enthalpies sortantes - la somme des enthalpies entrantes, ce qui te donne le flux d'énergie à apporter à la colonne pour équilibrer la balance thermique.

[invite704cff04]

ok merci beaucoup je vais essayer et voir ce que ca va donner.
y'a pas de sites ou livres qui traitent ce sujet ?

[invite2313209787891133]

Il y a l'aide mémoire de génie chimique qui est pas mal : http://www.amazon.fr/Aide-m%C3%A9moi.../dp/2100532782

Il est bien adapté pour un DUT génie chimique ou une 1ere année d'ingé car il aborde de nombreux concepts. Par contre il se révèle vite insuffisant dès l'instant où l'on veux approfondir certains points.

[inviteac45697a]

si jamais la chose qu'on oublie facilement c'est la chaleur de mélange.

quand tu mélange du méthanol et de l'eau, ça dégage (ou absorbe) de la chaleur.

suivant comment tu traite le problème tu oublie facilement ce terme car on y pense pas facilement.

par contre la méthode de Dudulle en tiens compte, si tu la suis tu trouveras la bonne réponse.

[invite704cff04]

comment calculer la chaleur dissipée dans la colonne?

[invite2313209787891133]

Il faut prendre en compte la température interne, externe, la surface et la résistance thermique de la colonne (colonne plus calorifuge éventuel).
On en déduit la déperdition thermique.

[invite704cff04]

donc si on suppose que la colonne est calorifugée on aura Q=0?

[invite2313209787891133]

Le flux n'est tout de même pas égal à 0, mais généralement il représente 1 à 0.1% de l'énergie mise en jeu.
Par contre sur une colonne qui n'est pas isolée cette part peut devenir importante.

[invite704cff04]

mais pour simplifier les calculs on suppose que la colonne est isolée?

[invite2313209787891133]

Oui tu peux. Dans l'industrie on en le prend jamais en compte pour faire des bilans thermiques (sauf si la colonne n'est pas calorifugée).

[invite704cff04]

en cherchant j'ai trouvé que la méthode mccabe et thiele s'utilise dans le cas ou les débits liquide et vapeur sont constants tandis que dans le cas contraire on a tendance à utiliser la méthode ponchon et savarit.
ma question est dans le cas d'étude d'une colonne est ce qu'on travaille en supposant les débits constants ou pas?

[invite2313209787891133]

Oui, on considère toujours les débits constants, et les 2 méthodes sont utilisables.
Une simulation en débit non constant n'a de sens qu'en distillation batch.

[invite704cff04]

question bête mais comment on calcule les enthalpies?

[invite2313209787891133]

Tu peux le faire à l'aide d'une table, d'un logiciel de simulation ou à la main en prenant en compte la chaleur massique + latente.

Cette dernière méthode est un petit peu moins précise car il est difficile d'intégrer la variation de chaleur massique sur toute la plage de température, mais dans le cas d'un bilan thermique sur une colonne à distiller ça ne joue pas beaucoup.

[invite704cff04]

si j'ai un mélange précis à une température quelconque est ce que je peux en déduire les enthalpies grace au diagramme ponchon et savarit?

[invite2313209787891133]

Non, ça n'a rien à voir, le diagramme permet de chercher le nombre d'étages.

Ici on s'intéresse uniquement à l'enthalpie de chaque flux, indépendamment de l'aspect "distillation" : On a des flux qui entrent et qui sortent d'une "boite noire". La somme des enthalpies de tous les flux est forcément nulle.

[invite704cff04]

a vrai dire je suis bloquée je ne sais pas comment calculer les enthalpies?pouvez vous m'expliquer un peu plus?

[invite704cff04]

vous avez dit que dans le cas d'un bilan thermique sur une colonne à distiller ça la variation de l'enthalpie ne joue pas beaucoup. comment ca?

[invite2313209787891133]

Je n'ai pas parlé de variation d'enthalpie, mais de chaleur massique.
Cette chaleur massique n'est pas constante; par exemple on a coutume d'utiliser la valeur de 4180 J/kg/°C pour l'eau, en réalité on oscille entre 4170 et 4220 entre 0 et 100°C

Pour bien faire il faudrait intégrer cette variation sur la plage de température concernée, en utilisant une table ou un logiciel de propriétés thermo.
En pratique cette variation est assez faible pour ne pas en tenir compte la majorité du temps.

Pour calculer les enthalpies tu vas donc caractériser chaque flux de ton bilan.

Par exemple: 1000 kg/h / eau 50%+MeOH 50% / 85°C / vapeur saturée.
Tu commences par chercher les chaleurs massiques de l'eau (cp1) et du MeOH (cp2) pour calculer l'énergie de 0 à 85°C. Tu calcule l'enthalpie pour amener le flux à 85°C liquide:
85* (cp1 * 0.5 + cp2*0.5)
Tu calcules l'enthalpie du changement d'état avec celle de l'eau (h1) et celle du MeOH (h2):
h1*0.5 + h2*0.5

Tu fais la somme de ces 2 enthalpies, tu as alors l'enthalpie du flux (qui ne représente rien de concret, il s'agit juste d'une enthalpie par rapport à une référence arbitraire destinée à faire des différences ; tu pourrais aussi bien calculer toutes les enthalpies par rapport à 20°C).
Cette méthode ne prend pas en compte la chaleur de mélange (voir message de Gramon), mais pour ton application la différence ne sera pas significative.

Pour t'aider je te propose d'utiliser les tables à cette adresse:
http://www.thermexcel.com/french/tables/eau_atm.htm

et d'utiliser la version de démo de components plus:
http://www.prosim.net/fr/reg/Registe...%E9chargements