Différence entre les colonnes de distillation, de stripping et d'extraction
Dans le processus de production chimique, il est souvent nécessaire de séparer les matières premières, les produits intermédiaires ou les produits bruts afin d'obtenir des produits chimiques ou des produits intermédiaires qui répondent aux exigences du processus. Les procédés de séparation les plus courants dans l'industrie chimique sont la distillation, l'absorption, l'extraction, le séchage et la cristallisation.
1. La distillation
Quel est le processus de distillation ?
La distillation est une opération typique de séparation des mélanges liquides et c'est l'opération la plus répandue.
La méthode de distillation pour séparer les composants liquides est le chauffage. Chaque composant liquide a son point d'ébullition et son niveau de volatilité. Le chauffage porte progressivement ces substances à leur point d'ébullition et les convertit en vapeur, les retirant ainsi du mélange liquide d'origine. Le mélange liquide entrant progressivement en ébullition, les composants dont le point d'ébullition est le plus bas sont les premiers et les plus faciles à éliminer.
Par exemple, l'eau bout à 212 degrés Fahrenheit, tandis que l'éthanol bout à 173 degrés Fahrenheit. En chauffant un mélange eau-éthanol à 195 degrés Fahrenheit, vous pouvez convertir l'éthanol de l'état liquide à l'état de vapeur et l'éliminer efficacement du mélange.
Le processus de distillation se déroule dans une colonne, un dispositif conçu pour contenir l'aliment, le chauffer, condenser les substances volatiles et collecter les composants séparés. Dans sa forme la plus simple, un appareil de distillation comporte trois éléments de base :
La colonne : La colonne est le récipient qui contient l'alimentation, et celle-ci est introduite au milieu du récipient. Le récipient est relié à une source de sortie qui permet aux composants vaporisés (également connus sous le nom de distillat) de passer. La colonne contient également plusieurs autres composants, tels que des plateaux ou des garnitures, qui contribuent à séparer davantage les composants de l'aliment afin d'en améliorer la pureté.
Condenseur : l'unité de condensation est située au-dessus de la colonne. Elle refroidit la vapeur et la renvoie dans le flux liquide, qui est recueilli dans un récipient séparé appelé réservoir de retour. Le flux liquide (appelé reflux) résultant des composants vaporisés et condensés est recyclé dans la colonne.
Rebouilleur : Une source de chaleur appelée rebouilleur chauffe le mélange à l'intérieur de la colonne à la bonne température.
La taille et le diamètre de la colonne de distillation, ainsi que les niveaux de pression à l'intérieur de la colonne et la température à laquelle le mélange est chauffé et refroidi, varient en fonction de l'aliment lui-même et de la chimie du produit souhaité. Toutes ces variables déterminent la manière de construire la colonne de distillation pour le type d'aliment traité. Par conséquent, les colonnes de distillation peuvent devenir beaucoup plus complexes que les colonnes simples décrites ci-dessus.
Quelle est la fonction principale d'une colonne de distillation ?
Une tour de distillation est fabriquée à partir de métaux rares tels que le titane, les alliages de titane et d'autres matériaux. Elle présente les caractéristiques suivantes : haute résistance, haute ténacité, résistance aux températures élevées, résistance à la corrosion, légère gravité spécifique, etc. Les tours de distillation sont largement utilisées dans les secteurs de la chimie, de la pétrochimie, de la métallurgie, de l'industrie légère, du textile, des alcalis, de la pharmacie, des pesticides, de la galvanoplastie, de l'électronique, etc. Par exemple, l'essence, le kérosène, le diesel et le pétrole lourd peuvent être obtenus par distillation du pétrole brut ; le benzène, le toluène et le xylène peuvent être obtenus par distillation de composés aromatiques mélangés ; l'oxygène liquide pur et l'azote liquide peuvent être obtenus par distillation de l'air liquide.
2. Décapage
Quel est le processus de décapage ?
Le stripping est un processus physique qui utilise un milieu aérien pour détruire l'équilibre biphasique air-liquide d'origine et établir un nouvel état d'équilibre air-liquide. Ensuite, un certain composant de la solution est désorbé en raison de la réduction de la pression partielle, ce qui permet de séparer les substances. Par exemple, A est un liquide, B est un gaz, B est dissous dans A pour atteindre l'équilibre gaz-liquide, et la phase gazeuse est dominée par la phase gazeuse B. Lorsque le milieu de stripage de la phase gazeuse C est ajouté, les fractions de A et de B dans la phase gazeuse sont réduites, ce qui détruit l'équilibre gaz-liquide, et les substances A et B se diffusent dans la phase gazeuse. Cependant, comme la phase gazeuse est dominée par B, une nouvelle relation d'équilibre tend à s'établir, de sorte qu'une grande quantité de substance B diffuse dans la phase gazeuse, ce qui permet d'atteindre l'objectif de la séparation de la phase gazeuse et de la phase liquide. Le degré de stripping peut être contrôlé en contrôlant la quantité de fluide de stripping.
Quelle est la différence entre le stripping et la distillation ?
La principale différence entre le stripping et la distillation est la méthode utilisée pour séparer les composants de l'alimentation. La distillation utilise la chaleur pour transformer les substances volatiles en vapeur, puis les condense et les élimine, tandis que le stripping utilise le principe de l'absorption.
L'absorption est un processus chimique dans lequel les molécules de la phase de masse (liquide ou solide) sont absorbées dans une substance gazeuse. Lorsque l'absorption est appliquée au stripping, les ingénieurs utilisent la vapeur comme gaz qui absorbe les molécules du liquide. Dans le stripper, les molécules de liquide séparées de l'alimentation sont absorbées par la vapeur d'eau.
Toutes les colonnes d'élimination des contaminants fonctionnent selon le même principe : la conception de la colonne sépare progressivement les composants de l'alimentation à collecter et à éliminer. Bien que les méthodes de distillation et de stripping soient similaires, elles diffèrent sur plusieurs points essentiels.
La distillation introduit l'alimentation au milieu de la colonne, tandis que la méthode de stripping introduit l'alimentation au sommet du stripper. Seule la vapeur d'eau bouillante gazeuse est introduite par le bas du stripper. Il s'agit d'une conception à contre-courant, car la vapeur et l'alimentation sont introduites par les extrémités opposées de la colonne.
Lorsque l'alimentation descend du haut de la colonne, elle rince les garnitures ou plateaux poreux qui sont conçus pour augmenter la zone de contact entre la vapeur et l'alimentation. Lorsque la vapeur est introduite dans l'alimentation, les substances volatiles dont le point d'ébullition est le plus bas sont absorbées en premier au contact de la vapeur. Les substances volatiles à point d'ébullition plus élevé ne subissent pas ce processus, mais si elles sont moins solubles dans l'eau, elles seront tout de même absorbées par la vapeur et éliminées avec elle.
Les vapeurs contenant des composés absorbés sont retirées au-dessus de la tête, où elles sont généralement collectées, condensées et purifiées. Cependant, elles sont parfois rejetées directement dans l'atmosphère si cela ne présente pas de danger.
3. L'extraction
Qu'est-ce qu'une colonne d'extraction ?
Une colonne d'extraction est un équipement de transfert de masse liquide-liquide couramment utilisé dans l'industrie chimique, le raffinage du pétrole, la protection de l'environnement et d'autres secteurs industriels. L'extraction liquide-liquide est une méthode de transfert de masse qui permet d'extraire un ou plusieurs composants d'un mélange avec un autre liquide (appelé solvant, qui n'est pas miscible avec le solvant du mélange). Ce liquide permet de séparer, d'enrichir et de purifier le composé. Ce processus est appelé extraction liquide-liquide ou extraction par solvant. L'équipement utilisé s'appelle un extracteur. Il existe des extractions uniques et multiples, des lacunes et des procédés d'extraction en continu. L'extracteur utilisé pour les extractions multiples en continu est un équipement de type tour appelé tour d'extraction. Sa structure interne utilise la gravité ou l'action mécanique pour briser un liquide en gouttelettes, qui sont dispersées dans un autre liquide continu pour l'extraction liquide-liquide.
L'extraction s'applique à la séparation de mélanges azéotropiques, de produits sensibles à la chaleur ou de mélanges dont le point d'ébullition est très élevé ou très bas, lorsque la substance cible contenue dans la substance porteuse est faible et que la distillation est très complexe.
Comment fonctionne une colonne d'extraction liquide-liquide ?
Les méthodes d'extraction utilisent des colonnes comme pour d'autres formes de séparation, également connues sous le nom d'extraction sans agitation. Toutefois, il existe d'autres formes d'extraction, notamment l'extraction par mélangeur-décanteur et l'extraction par centrifugation, qui sont considérées comme des méthodes d'extraction par agitation.
Il existe plusieurs types de colonnes d'extraction, mais elles fonctionnent toutes sur le même principe. Dans une colonne d'extraction, la colonne contient l'alimentation, le solvant est ajouté et les composants sont séparés au fur et à mesure que les molécules solubles pénètrent dans le solvant. Le reste de l'alimentation étant un liquide plus lourd, il s'écoule vers le bas de la colonne. Le solvant est le liquide plus léger qui flotte au sommet de la colonne avec les solubles collectés.
La colonne permet de séparer la couche contenant le solvant soluble de la couche d'alimentation, la couche de solvant supérieure pouvant être extraite du liquide résiduel souhaité. La colonne d'extraction n'a pas de pièces mobiles internes, mais contient des mécanismes internes pour diviser l'alimentation en étapes de dispersion.
