Appareils à distillation continue
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L'étude des appareils dont il est question dans le chapiti-e précédent nous conduit natu- rellement aux appareils de distillation con- liii u C. Un premier type consiste en une chaudière unique divisée en comnpai-timents concentriques par des cloisons : ces compartiments sont eux- mêmes traversés par une cloison radiale. Nous en trouvons un exemple dans les appareils à concentration de l'acide sulfurique de la maison Desmontis. Dans ces alambics, l'acide prMlablement 8chauffé ai-rive dans le compartiment extérieur au voisinage de la cloison radiale, pal-court tout
172 APPAREILs A DISTILLATION CONTINUE
le compartiment, passe par trop-plein dans ie suivant, et ainsi de suite, puis sort concentré du compartiment intérieur. Pendant ce trajet, l'acide étant maintenu par le rayonnement du foyer à l'ébullition, sa tem- pérature s'élève à mesui-e qu'il se concentre il ne peut donc condenser la vapeur provenant des compartiments plus éloignés du centre. La con- centration se produit, par suite dans un vase unique cloisonné comme dans plusieurS vases isolés. Par contre, la vapeur dégagée du cornparti- ment intérieur doit se mettre en équilibre avec celles des compartiments extérieurs, elle doit donc laisser condenser dons ceux-ci une certaine quantité d'acide sulfurique qui eût passé à la distillation avec un alambic ordinaire. Cette quantité d'acide sulfurique enrichit le contenu des compartiments extérieurs et concourt par suite à la concentration, en même temps le vo- lumne et l'acidité des petites eaux sont moindres. Nous voyons, par cet exemple, que la distilla- tion en chaudière continue donne non seulement une grande régularité de marche, mais une éco- nomie notable toutes les fois que le produit à recueilUt- bout à une température plus élevée que le- liquide initial.
APPAREILS A DIsTILLATION CONTINUE 473
Mais s'il s'agit de faire l'inverse, c'est-à -dire de recueillir les vapeurs dégagées e-t d'épuiser un liquide formé de deux corps volatils, dont le plus volatil est seul précieux, le même raisonnement montre qu'il y a désavantage. Prenons comme exemple un mélange d'eau et d'alcool. La température d'ébullition ira en s'élevant à me-sure- que le liquide s'appauvrira. Par suite les vapeurs dégagées par le liquide presque épuisé pourront se condenser dans le liquide- riche initial et l'étendre inutilement. Il faudra donc distiller plus de liquide pour extraire tout l'alcool. Peut-être en admettant des dispositions spéciales pourrait-on parer à la difficulté e-n for- çant les vapeurs d'un compartiment à barbotte-r dans le compartiment immédiate-me-n tan térieur, sans se mélanger immédiatement avec le-s Va- peurs riches du premier : mais ce serait aban- donner le principe et tomber dans le type étu- dié au chapitre précédent en substituant des chaudière-s concentriques à des chaudière-s sé- parées. Arrivons maintenant à la classe la plus fréquente de-s appareils à distillation conti- nue. Ils consistent généralement en une colonne
j7/~ APPÂSISILS À »I~TILLAi~lOl0 uONTINUE
verticale, Ponde ou pris~nutique, d~vis~e- poP ries cloisons horizontales poi-tent des borhotteuPs donsistant en calottes renve-r~ées du forme-s va- riées qui obligent le-s vapeuès à bai~hotter dans le-s liquides qui occupent les compartiments jti~- qu'à la hauteur d'un trop~-plein, ~`Pul6iigé du dessous par un appendice plongeant dans le l~ quide du compartiment immédiatement infé- Iie-ur. Les liquides à distille-i- cireblent ainsi de coma partiment e-Il comparlinie-nt, en s'épbisant peu à peu au côntact de la vapdt~r, qui s'enrichit dans son ascension. Pour hous Pendre- compte du fonctionnement de ce genre d'appareils, nous étudierons d'aboi-d un cas tPès simple, celui d'un mélange d'eau et d'ammoniaque e-ntPant à la température dc l'ébullition dans la colonne, ut a~sez étendu pour que la température d'ébullition ne vai-ie pas par su~te du E'appauvrisse~ent de la hi-i queur. - Dans ce e-os, ce sera le même poids de va> peur d'eau qui traversera tous les comparti~ m~nts, `de même le 1ioids d'eau descendant ne changera pas~ - - - Appelons s,,, le- taux d'ammoniaque dans le liquide qui oédupe l'étagé 3h,,, le !~itix d'à riin-io-
At'PAItEILS A bISTILLATÊON CONTINUE 175
niaque dans la vapeur qui se dégage de- ce-t étage, nous admettrons~ comme- nous l'avons fait p. 128 que l'on a la ielation r = Es : dans le cas particulier étudié, K est constant. Ceci posé, considérons l'apparu~l en pleine marche, e-t arl-Ivé au régime permanent : il passera, par unité de temps, uni poids P de- liquide de haut e-n bas et un poids V de vapeur de bas en haut, et nous aurons la rela- tion évidente- exprimant la pernianence du ré- gime:
Pfl - lSn - I ± ~fl + 1 + °I = P,,s~ ± V,,r,, ou, d'après ce que nous venons de dire : -
Ps,,_1 ± VK~~+1 = Psi, ± VIÇs,,
d'où
VK 8n_~ ~n = -j~-- (s,, -
Noh~ voyoh~ ainsi qe-u lorsque- le nombre du
plateaux e-omptés `à partir du, haut vaùie
en progression aI-itllînétique, les différences
entre le-s taux d'ammoniaque de deux plateaux
successifs décroissuiit CII pPogl-essioml ~éomé-.
trique
176 APPAREILS A DIsTILLATION CONTINUE
Nous avons donc
VK - s~ = -e--- (s, - s,)
VK si-s,=_p~_(s,_s4)
VK Sm_j `8rn]~Ç' -~n,
e-n admettant que le- nv' plateau soit le dernier.
Faisant la somme de-s termes de cette pro-
gression géométrique, nous trouvons
`Pi
51 5rn - S,,,
ou -:
r /VK\m
-s ~ k~-p-) -`1
I mIi± VK
L -P'--1
Considérons le cas où l'on alimente la colonne
ave-e des liqueurs à 4 ~ d'ammoniaque, ce qui
se présente- dans beaucoup de soudières, e-t où
l'on obtient des liquides à io 0/~, 20 0/0 etÃ
3o °/~, ce qui est très praticable, nous aurons
P aS, V1 = ~, V2 = 4, V3 = a,333, e-t sa-
chant que K = i5 pour la solution aquéuse
d'ammoniaque, nous trouvons: -
APPAREILS A DISTILLATION CONTINUE 177
TITRES DE L'AMMONIAQUE RECUEILLIE
10 Db 20 0/0 3o 0/o
5,S5 X7,4 5~ x5,a 5~ x3.4
83 X36,6 -~ x io.8 s~ x5,4
s~ xi~4 s-, x24,7 s~ x8,i
S~ xr34r S~ x57,9 55 X1I,9
-6c x5636 ~ X 237,5 ~ xi7,3 5~ x3o43o 87 x328,7 57 X24,8 s~ X 164326 ~ x~8~,4 ~ x35,4 S~ X1117oq2 5~ x,888.4 S~ X5o,i 8j~ X ~Sg43iq sto X 453o,8 m~o X ~o,8 ~ X io8~3 5u ~ 512X26094 s12X 240,2 513X62626 s,3X 196,9 s14X i5o3oo 511X 276,3 sj5X36o736 sj1X387,I .216X865787 s16x542,2 517X2077858 s17x76o,2 s18x4987214 s,8X 1065,3 519X1 1969287 s~ x ~ S50X28727143 820X2090,3
Ce-t exemple montre claire-ment combien im-
portant est le réglage de J~ vapeur sur un
appareil à distille-r. Si la pression dans la con-
duite- varie- dans de-S proportions notables, comme-,
dans le cas étudié, toute la vapeur entrant dans
l'appareil en sort par le compartiment supérieur,
le taux d'ammoniaque dans les vapeurs varie-ra
S0,~L - La Distillation 12
17~ APPAREILS A DISTILLATION CONTiNUE
constamment tanlôt on aura de la vapeur étendue, tantôt de la vapeur trop concentrée dans le premier cas, le liquide- sera épuisé au bout d'un petit nombre de compartiments, dans Fig. 3
le- second cas, on pourra perdre une quantité
très sensible - d'ammoniaque, même e-n em-
ployant des appareils pourvus de nombreux
cotnipartimnents. Aussi, dans tOus les appareils ~t
- HI~OULATEURS DE PRESSION 170
distiller modernes, emploie-t-on de-s régulateurs d'admission de vapeur qui sont, pour la plu- part, calqués sur le régulateur Savalle (fig. 3), Celui-ci, ainsi que- le montre le dessin, cons- titue un véritable manomètre à eau à air libre- la bâche- inférieure est en communication ave-c le compartiment inférieur de la colonne à dis- tiller, la bftche supérieure contient un flotte-ui- actionnant une soupape conique équilibrée, de façon qu'une- variation minime de pression (a à 3 centimètres d'eau), suffit pour modifier complètement l'admission de vapeur. Si le- poids P de liquide- introduit varie, ou bien si la richesse du liquide- change, il faut pouvoir modifier la voleur de V, on y al-rive e-n faisant varier la distance entre les niveaux de-l'eau conte-nue dans les deux bâche-s. Si l'on abaisse le nivpau de l'eau dans la bâche inféi-ieure, il faut une plus grande pIe-ssion pour que le flotte-ui- fonctionne e-t agisse- sur la soupape : la valeur de-V augmente donc, e-t inversement elle diminue- quand on relève le niveau dans la bâche. La fig. 4 montre un régulateur Savatte basé sur ce principe où un trop-pIe-in commandé par une vis permet d'agir en marche- sur la pression de régime dis i-égulateur. - Qn voit également qu'on peut arriver b
180 APPAREILS A DISTILLATION CONTINUE
épuise-r un liquide- contenant un corps volatil Fig. 4
î
T
ave-e des appareils comportant de-s nombres très
NOMmE 0E PLATEAUX 181
différents de plateaux, mais au prix d'une
dépense de vapeur d'autant plus grande que le
nombre de plateaux est moindre. Ainsi, dans
l'exemple précédent, nous voyons qu'qn peut
réduire le taux d'ammoniaque au ilateau de
sortie à la i5o 000° partie du taux initial en
employant 8 plateaux mais en dépensant 9 kilo-
grammes de vapeur par kilogramme d'ammo-
niaque, tandis qu'on arrive au même résultat avec
un appareil à i4 plateaux, en ne dépensant que 4kg de vapeur par kilogramme d'ammoniaque. Au point de vue de la sécurité et de l'éco- nomie de charbon, il y n donc un intérêt consi- dérable à adopter des appareils à un grand nombre de plateaux, plutôt que des appareils it plateaux peu nombreux, et, comme il arrive presque toujours dans l'industrie, l'économie réalisée sur le capitat de première installation est vite compensée par les dépenses journalières qu'entraîne le choix d'un appareil mal compris. Si l'on examine combien vite varie le rapport
on conçoit qu'il faut toujours adopter un
nombre de plateaux supérieur de 4 ou 5 au nombre théorique pour parer à toutes les varia- tions de titre, et pouvoir, à certains moments, forcer la marche de l'appareil. Le rapport ~ ne dépend ni de V, ni de P, ni sut
182 APPAREILS A DISTILLATION CONTINUE
de K considérés isolément, mais bien du rapport Si donc nous supposons qu'un liquide-
contienne plusieurs composés volatils, pour les- quels les valeurs de K soie-nt assez différentes, il sera épuisé du composé le plus entrainoble, longtemps avant de- l'être des corps moins e-nT traînables. C'est le cas qui se présente-, par exemple, dans la distillation continue- de cer- tains vins où l'ai-orne spécial est pendu dans le-s vinasses si l'on ne recourt pas à des artifices. Il faut bien note-r que la valeur de K peut varier notableinent avec la nature du dissolvant. Prenons par exemple ie cas de l'ammoniaque-. Dans les fabriques de soude par l'ammoniaque, on a à régénérer l'ammoniaque- existant à l'état de chloi-hydrate : te plus souvent on la retire en distillant -le liquide- avec de la chaux : il se-forme du chlorure-de calcium et de l'ammoniaque- libre- qui s'élimine sensible-ment confot-niément au calcul précédent. Mais si, au lieu de chaux, on emploie la magnésie caustique, il se forme un sel double de- magnésie- e-t d'ammoniaque sur le- quel l'excès de magnésie- n'agit que lentement et, naturelle-ment, la valeur de K est notablement diminuée; aussi faut-il recourir à un nombre énos-me de compartiments iour être sûr de l'épuisement.
