Concentration des vapeurs
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Les exemples tirés du mémoire de M. Duclaux voir p. i44, montrent que, même avec un cet-- tain enl-ichissement de vapeur par suite du I-ayon- nement des parois, il faut distiller une quantité notable du liquide pour extraire la totalité du corps le ilus entraînable. Ainsi, dans le cas de l'alcool éthylique, Si l'on ne veut perdre que o,5 o/~, il faut distiller les -
4 dixièmes d'un liquide h 5 0/~ 5 /1 >0 G f! 20 6 3o 7 ii 4o-So
15G CONCENTRATION DES VAPEURS
En d'autres fermes, on obtiendra par distilla-
tion d'un liquide -
à 5 °/~ un liquide à >2,44 0f~ >0 f! >9,90
20 f! 33,17 3o ii 49,75 4o u 56,86 5o ii 71,07
Il serait donc presque impraticable de chercher
à obtenir de l'alcool à fort degré, sans pertes
trop sensibles, si l'on ne recourait à un arti-
fice consistant à condenser une partie des va-
peurs, pour obtenir un produit plus riche du
premier jet, et renvoyer la partie condensée à la
chaudière. On fait ruisseler de l'eau soit sur le
couvercle de l'alambic, soit sur des épanouisse-
ments successifs du tuyau, ou encore on fait cir-
culer les vapeurs dans un long tube incliné
exposé à l'air et i-amenant à la chaudière les pro-
duits condensés.
Pour nous rendre compte du fonctionnement,
appelons, comme ci.dessus,p, le poids du liquide
à un moment donné de la distillation; t, son ti-
tre pondéral; U, le titre des vapeurs qu'il dégage;
E, le titre de l'alcool recueilli ; t, le titre des re-
flux; ~`u' ~, c~, la chaleur latente de vaporisa-
CONCENTRATION DES VAPEURS (57
tion, la chaleur du mélange à ~0 et la chaleur spéci- fique mo)-ennedu liquide dcli treU; O~ la tempéra- ture d'ébullition du liquide de titre t; ,~-iY-,c5,O0, les mêmes données pour le liquide de titre E; ~t, c~, les mêmes données pour le liquide de ti- tre -t; O~, la température des reflux; R, la quantité de chaleur enlevée par kilogramme d'alcool re- cueilli. Quand il se dégage du liquide une cjuantité cip de vapeurs, on recueille une quantité cia d'alcool à l'éprouveUe, et, si la surface de con- - densation laisse refluer aussitôt à la chaudière tout l'alcool condensé, on a
Eda - pdt; d'autre part, on a évidemment
Uclp = Eda ± (dp - da) d'où: Edp(U - `t) =pdt (E - Écrivons que toute la chaleurpossédée par les vapeurs sé retrouve dans la vapeur qui échappe, dans les reflux et dans la chaleur cédée au con- denseur : - pdt - ± c~o~] = R -j~-- ± pdt / pdt\ ± -~-[~E- ~LE ±cEOE] ±~cip__E-)(_~o't±c~OR).
158 CONCENTRATION DES VAPEURS
De ces deux relations on déduit
- Ecip_E-'t~
-U-- `t -
= R ± )~ - ~ ± CEOF (± ~-to~)
~U~U±CUOU (_ ±~C-t0~)
ou enfin t -- U
U-t---- R ± ~E - ~E ± 9E°~ (~u - ~, ±
- ~u ± CuOu (~ ~-t ± con)
Dans celle- relation, il y a trois indéterminées `t, R, O>~. Toutefois, on peut poser quelques condi- tions qui limitent l'indétermination. `t n'a pas une valeur -quelconque, `il est com- pris entre li et t, de même R a un maximum qui est fixépar la température d'ébullition dans la chaudière, C doit être le plu~,p~tit possible. E est donné, U est indépendant de l'opéra- teur, on ne peut donc pas faire varier à volqnté E-U: dans le numérateur du second membre, R est donc aussi seul variable. Supposons `t connu, et par suites ~` et c; plus - sera faible, plus le second membi-e tendra ~ à ci-oltre, par suite plus R devra être faible pour
CDNCENTRATION DES VAPEURS 159
une valeur déterminée d~ E, U et--t. Il y n donc
intérêt à faire circuler l'eau de refroidissement
et les vapeurs en sens contraire. C'est ce que
l'on observe, ainsi que nous le verrons plus loin,
dans -les appareils de distillation continue.
Supposons au contraire `t variable, il a pour
minimumlavaleurt relative au liquide bouillant
dans la chaudière, et il est clair que dans ce cas
= OU : -quand `t diminue, le premier membre
ou `t est la seule variable diminue. D'autre part,
le terme (- ~t ± c,~ OR) augmente, le dénomi-
nateur du second membre diminue donc, il faut
par suite que le seul ferme variable au numéra-
teur, c'est-Ã -dire R diminue rapidement : on
aula donc d'autant moins de chaleur à absorber
que les reflux seront, comme teneur, plus voi- sins du liquide de la chaudière, En d'auti-es termes, on doit faire circuler le liquide réfrigérant en sens contraire du cOuI-ant
de vapeurs, et augmenter la surface de contact de façon à t-éduire le plus possible la quantité de liquide réfrigérant. Ces conditions, réunies dans l'ancien appareil Pistorins, ont été négligées dans nombre d'alambics modernes où le cons- trucleur s'est montré plus soucieux du bas prix que des conditions de bonne marche. En réalité, comme `O~ ne peut jamais être- très
160 CONCENTRATION DES VAPEURS
éloigné de O~, sous peine d'amener une conden- sation complète, et a une influence relativement faible, on arrive à conclure que l'appareil doit être disposé de façon que les reflux aient sensi- blement le même titre que le liquide de la chau- dièi-e. Ceci posé, donnons k `t la valeur t qui corres- pond au liquide existant actuellement dans la chaudière, notre troisième équation se réduit à : Edp - dt(E - t) p - l~J-t
d'où:
Loo- ~- - - ~T dt ± ~ fT tclt °`~p0~ J1 U-t EJ1 U-t
Voyons maintenant la chaleur à enlever pour obtenir la concentration. Dans l'hypothèse la plus favorable on aura
E-U U- ~
R ± ~ ~ ~E ± CEOE - - + c0O~)
- À0- ~ ± c000 (_ ~ ±
d'où
- ~ ± c0O1~ - (ÀE - 11E + cEOE) ±
± `~ [~ - lL~ -± c~O~ - (- l~t ± c100)]
APPLICATION A L'ALCOOL 16f
Considérons le cas le plus fréquent où E=5o (environ 58° Gay-LuSsac). ~ous trouvons: - Alcool dans la chaudière R 120 27 >0 io5 8 i88 6 3Go 4 - 574 - 3 1216 2 1 3i5o
La quantité de chaleur à céder au condenseui
devient donc énorme pour les derniers kilo-
grammes d'alcool, aussi renonce-l-on à pousser
l'opération jusqu'au bout : on recourt à la dis-
tillation simple pour obtenir un alcool pauvre
que l'on réunit à l'alcool à travailler dans les
opérations suivantes.
La dépense de chaleur est celte qui est né-
cessaire pour vaporiser le liquide de la chau-
dière, moins celle rapportée par les reflux : on
a donc, une fois le- liquide porté à l'ébulli-
tion
Fd - cit
dQ = dpÀ0 - E
en supposant comme ci-dessus, que les reflux
renti-ent à la chaudière à la température et où
titre du liquide quelle contient
SOB1L - L> Di~iiUation li
162 CO~CENTflATIÔN D~S VAPÊI)Rs
D'oà l'on déduit:
1Q - pclt À0(E - t) - c100(E - U)
U-t
ou, comme
et
h p0-a Q=~PocT(0F_0i)±,~fda À0(E- t)c1O~(E._U)
expression dans laquelle p0 représente le poids
initial de liquide; O~, la température du liquide
à son introduction dans la chaudière; cT,sa cha-.
leur spécifique initiale; OT, sa température ini-
tiale d'ébullition; T, son titre initial.
On voit que la dépense croît très rapidement
dès qu'on a recueilli les ~ de l'alcool. Aussi,
d'habitude, cesse-t-on de maintenir les hauts
degrés quand on a recueilli les de l'alcool, et
laisse-t-on l'appareil s'épuiser par distillation
simple.
On obtient ainsi environ 120 litres à i~° qui
rentrent en fabrication à l'opération suivante.
Supposons le liquide à une tempèr~tture mi>-
tiale de i5°, et mesurons les quantités de dha~
leur dépensées, et, pour tenir bompte des varia-
APPLICATION A L'ALCOOL 163
tions de la chaleur de mélange, comptons les caloi-ies depuis la température de o Chaleur gagnée de o à 91,3 par 1000kg liqueur h 12(',37 r -t qi3\ 1 >000 [-5~3+y;o6+o~ooaX ~-#~) X9I>3j . 99 780
Chaleur gagnée de 00 h i5o par ioookg li-
queur iooo[_5~3+( 1,06+0,002 ~< X i5]
à dédtiire >0 825 88 955 Chaleur absorbée par la production de I70115 à 5o 0/0 d'après la quadi-ature de la cout-be. >0> 270 Chaleur absorbée pour vaporiser >211,3 à 120,37 = ~3kg,3 4y 366
Chaleur absoi-bée pour porter le résidu, soit - 70805,5 de 91°,3 à 100° G i64
225 ~55
Si l'on utilise la chaleur latente de vaporisa-.
tion de l'alcool pour chauffe-i- une nouvolle
charge de liquide à distiller, on voit qu'on peut
portei cette charge à sa température d'ébullition
et économiser 88 955 calories : il reste donc
i36 8oo calories.
Mais on n'a amené au titre pondéral que ~ de
l'alcool, le reste rentrant dans une nouvelle opéra>
lion : si donc on se propose de calculer la dépense
20
reelle, elle est i36 8oo X - = iGo q4i calorIes~
en admettant qu'on utilise la chaleur latente des
vapeurs.
