DISTILLATION FRACTIONNEE

Dans l'industrie, on utilise une colonne à plateaux et au laboratoire, une colonne vigreux.

Principe

La vapeur venant du bouilleur 1 se condense sur le plateau P1 Le liquide obtenu émet à son tour une vapeur plus riche en composé le plus volatil. Cette vapeur va se condenser sur le plateau P2 et ainsi de suite.

Plus on monte dans la colonne (plateaux P1 ,P2 ,P3) plus le liquide ou bien la vapeur qu'il émet est riche en composé le plus volatil (B).

Quand la colonne est en régime permanent, on récupère en haut de la colonne le composé le plus volatil (B) et en bas de la colonne le composé le moins volatil (A).

Cela suppose qu'au niveau de chaque plateau, les conditions d'équilibre liquide-vapeur soient réalisées (température identique, sur un plateau, entre son liquide et sa vapeur).

Attention : dans la colonne, la température est plus élevée en bas qu'en haut ; on récupère B gazeux en haut de la colonne et A liquide en bas.

En réalité, la composition du liquide sur un plateau n'est pas homogène car il y a un flux constant de vapeur montante et de liquide descendant et ainsi, la séparation totale de A et B est pratique-ment irréalisable (il faudrait un nombre infini de plateaux). La composition des différents pla teaux est indiquée sur le diagramme ci-dessus.

Nous constatons donc que pour les mélanges sans extremum il est possible de séparer les deux constituants du mélange par distillation fractionnée.

Pour les mélanges présentant un azéotrope, c'est différent: étudions le cas de la préparation industrielle de l'acide nitrique.

A la sortie du réacteur de synthèse, on obtient une solution aqueuse contenant 57% (en masse) d'acide nitrique. La distillation fractionnée de ce mélange permettra d'obtenir, au mieux, une solution aqueuse contenant 68% (en masse) d'acide nitrique, c'est-à-dire le mélange de composition azéotropique. Ce mélange est appelé l'acide nitrique concentré.

Si l'on désire obtenir de l'acide nitrique pur, il est nécessaire d'éliminer l'eau à l'aide d'un agent desséchant comme l'acide sulfurique (très avide d'eau). On obtient alors de l'acide nitrique à 99% en masse.

Notion théorique

On peut prévoir le résultat d'une distillation en examinant le comportement d'une colonne à distiller en fonctionnement idéal. Dans le bouilleur (température la plus élevée) se trouve le mélange dont la composition est représentée par l'abscisse du point a. La composition de la vapeur en équilibre avec ce liquide est donnée par b.

Si l'on condense la vapeur de composition b, elle donne un liquide de même composition et représenté par le point c. Le liquide de composition c émet une vapeur de composition représentée par l'abscisse du point d et ainsi de suite.

Quand la colonne est en fonctionnement, on trouve dans le haut (température la plus faible) la vapeur dont la composition est donnée par le point f et dans le bouilleur le liquide dont la composition est donnée par le point a.

Blibliographie :

Thermodynamique de C.Moreau et J.P. Payen, éditions belin sup sciences chap 8.

Précis de chimie thermodynamique et cinétique chimique de j.Mesplède et J.L.Qeyrel, éditions bréal chap 3.