Qu’est-ce qu’une unité de distillation ?
Une unité de distillation est un dispositif permettant d’extraire un seul composant d’un mélange en fonction de la différence des points d’ébullition.
Dans la distillation en laboratoire, la séparation est effectuée par évaporation et condensation répétées. Au niveau industriel, on utilise en revanche un dispositif de distillation continue appelé “colonne de distillation”. La distillation des boissons alcoolisées utilise quant à elle une méthode de distillation appelée “mono-distillation”, qui n’implique qu’une seule évaporation et condensation.
Utilisations des unités de distillation
Les unités de distillation sont utilisées dans divers secteurs industriels. Certaines de ces utilisations sont énumérées ci-dessous.
1. Raffinage du pétrole
Le pétrole brut est constitué de différents composants, qui sont séparés à l’aide d’équipements de distillation. Les composants ayant des points d’ébullition différents sont séparés par l’équipement de distillation et utilisés comme différents produits.
2. Production d’alcool
Les unités de distillation jouent également un rôle important dans la production d’alcool. Le liquide obtenu par fermentation est distillé pour obtenir une forte concentration d’alcool.
3. Industrie pharmaceutique
Dans l’industrie pharmaceutique, les unités de distillation servent à extraire les principes actifs et éliminer les impuretés. Cela permet de garantir la qualité du médicament.
Principe des unités de distillation
Les composants d’une unité de distillation comprennent une colonne de distillation, un condenseur, un évaporateur et un régulateur de débit. Le liquide à distiller est tout d’abord évaporé dans l’évaporateur, puis envoyé dans la colonne de distillation. Au sein de cette dernière, la distillation est effectuée en continu, puis le liquide séparé est renvoyé à l’évaporateur et le gaz séparé est acheminé vers le condenseur. Dans le condenseur, les gaz séparés sont liquéfiés et séparés par de l’eau de refroidissement ou d’autres moyens.
Il existe deux types de structures de colonnes de distillation : les colonnes à étages et celles à garnissage. Dans une colonne à étages, l’intérieur est divisé en plateaux, chacun d’entre eux mettant en contact les gaz et les liquides. C’est ainsi que la séparation est effectuée. Dans les colonnes à garnissage, l’intérieur est rempli de manière irrégulière en haut et régulière en bas. Le matériau tassé augmente la surface du liquide. Cela permet au gaz et au liquide d’entrer plus facilement en contact et augmente l’efficacité du processus de distillation. De plus, la chute de pression est plus faible que dans celle à étages.
Comment sélectionner les unités de distillation ?
Lors de la sélection de l’unité de distillation, il est nécessaire de prendre en compte la résistance de celle-ci afin de s’assurer qu’elle est suffisamment solide pour faire face aux points d’ébullition et de fusion du distillat. Il est notamment important de vérifier sa durabilité face au distillat, sa taille et sa vitesse de distillation.
Au niveau du laboratoire, l’unité de distillation se compose d’un ballon, d’un brûleur et de tubes de refroidissement, tandis qu’au niveau industriel, l’échelle de l’unité est beaucoup plus grande. En raison du débit élevé et de la nécessité de purifier le produit jusqu’au degré de pureté souhaité, la distillation continue est effectuée dans une colonne de distillation ressemblant à une série de flacons.
Afin d’obtenir le produit cible, l’unité de distillation est conçue en déterminant les composants clés parmi ceux à point d’ébullition bas et élevé de la colonne de distillation. Le point d’ébullition de ces composants est la température de contrôle. En fonction de la composition du fluide à traiter dans l’unité de distillation, il peut être nécessaire de sélectionner un matériau résistant à la corrosion, etc. Si la qualité du matériau est réduite pour des raisons de coût, des mesures doivent alors être prises, telles que l’injection de produits chimiques anticorrosion.
Autres informations sur les unités de distillation
1. Comment utiliser les unités de distillation ?
Les unités de distillation peuvent être assemblées avec de la verrerie de laboratoire. L’appareil se compose d’un ballon pour la matière première, d’un tube de refroidissement pour refroidir la vapeur, d’un thermomètre, d’un appareil de chauffage (brûleur), d’un isolant thermique et d’un bécher pour recevoir les composants à faible point d’ébullition. Un agitateur y est également intégré si une agitation et un mélange sont nécessaires.
Pour les opérations de distillation, la température de l’élément chauffant est réglée de manière à réchauffer la matière première dans le ballon. Si un brûleur est utilisé, le réglage est effectué en éteignant une flamme et en vérifiant le thermomètre.
L’eau est introduite dans le tuyau de refroidissement en la versant par l’entrée située à l’opposé du ballon. En effet, un flux à contre-courant peut refroidir plus efficacement qu’un flux parallèle dans un tube de refroidissement de même taille. Dans les unités de laboratoire, la température des tuyaux par lesquels passe la vapeur doit également être maintenue chaude. En effet, l’unité peut être facilement influencée par la température de l’air extérieur.
2. Considérations relatives à la distillation
La position de mesure du thermomètre est importante lors de la conception des unités de distillation. La température varie en fonction de la partie du gaz/liquide dans la colonne qui est mesurée. Ainsi, différentes positions de mesure du thermomètre connecté à la commande du réchauffeur affecteront la séparation dans la colonne de distillation elle-même.
Il convient également de prêter attention à la température de l’eau de refroidissement qui s’écoule dans le condenseur (refroidisseur). Si l’on utilise de l’eau de mer en tant qu’eau de refroidissement, il se peut qu’elle ne puisse pas refroidir jusqu’à la température cible en été. L’idéal est donc d’utiliser de l’eau de refroidissement dont la température est régulée par un système de refroidissement.