procédés et unités de raffinage procédé de distillation 5-1

DT BIN - 00006_D_F - Rév. 9 05/04/2006
VOLATILITÉ : TENSION DE VAPEUR ET TEMPÉRATURE D’ÉBULLITION..................................... 1
FLASH D'UN MÉLANGE D'HYDROCARBURES................................................................................ 2
PRINCIPE DE LA DISTILLATION ....................................................................................................... 3
MISE EN ŒUVRE INDUSTRIELLE DE LA DISTILLATION ................................................................ 4
PLANCHES
n°1 Courbe de tension de vapeur de quelques hydrocarbures........................................................ 5
n°2 Mise en œuvre d'une séparation liquide-vapeur........................................................................ 6
n°3 Boucle de régulation.................................................................................................................. 7
n°4 Mise en place du contre-courant liquide-vapeur........................................................................ 8
n°5 Contact liquide vapeur............................................................................................................... 9
n°6 Dépropaniseur - Schéma simplifié........................................................................................... 10
Information Amont-Aval-Transport
PROCÉDÉS ET UNITÉS DE RAFFINAGE
PROCÉDÉ DE DISTILLATION
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Ingénieurs en
Sécurité Industrielle

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1
VOLATILITÉ
— Tension de vapeur et température d’ébullition —
• La DISTILLATION ainsi que l'ABSORPTION et le STRIPPING sont des procédés de séparation très utilisés qui
sont capables de différencier les constituants d'un mélange par leur VOLATILITÉ.
• Les différences de volatilité entre les différents composants d'un mélange sont souvent repérées par les écarts
existant entre leurs températures d'ébullition ou leurs tensions de vapeur. Ces caractéristiques apparaissent
sur les COURBES DE TENSION DE VAPEUR des corps purs.
• Les courbes de tension de vapeur tracées dans un graphique pression-température situent l'état physique du
corps pur en fonction des conditions dans lesquelles il se trouve.
P
Pression (bar)
Courbe de
tension
de vapeur
Température (°C)
ÉTAT GAZEUX
ou
VAPEUR
1,013 bar
(pression
atmosphérique
normale) Température
d'ébullition
Température
d' ébullition
normale
ÉTAT
LIQUIDE
D TH 021 A
• Elles permettent donc de déterminer, à pression fixe, la température de passage de l'état liquide à l'état gazeux.
Celle-ci est appelée température d'ébullition.
Sous la pression normale de 1,013 bar on parle de température d'ébullition normale. La Planche n°1 en
annexe permet de retrouver les températures d'ébullition normales des premiers hydrocarbures.
• Les courbes de tension de vapeur fournissent également dans une situation de stockage avec coexistence des
phases liquide et vapeur la pression correspondant à la température.
P
t
L
BALLON
phase
vapeur
ou gazeuse
phase liquide
tension
de vapeur
du liquide
Vapeur
température (°C)
Pression
Liquide
P
V
=
D TH 022 A
t
• Cette pression est appelée tension de vapeur — elle dépend de la nature du produit liquide et de la
température.
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FLASH D’UN MÉLANGE D’HYDROCARBURES
• La mise en évidence des différences de volatilité apparaît au cours d'un FLASH ou séparation liquide-vapeur
réalisé en continu (Planche n°2).
Mélange
d'alimentation
P
Pompe
Échangeur
de chaleur
T
Vapeur
Liquide
Ballon
séparateur
D PCD 031 A
• La séparation par flash d'un mélange d'hydrocarbures conduit au résultat suivant.
Vapeur
17
bar
78,7 °C
débit
t/j
C2
C3
C4
C5
3
30
65
2
100 TOTAL
Liquide
débit
t/j
C2
C3
C4
C5
1,1
16,7
47,5
1,7
67,0 TOTAL
débit
t/j
C2
C3
C4
C5
1,9
13,3
17,5
0,3
33,0 TOTAL
0
10
20
30
33
44
50
60
70
80
90
100
Liquide Vapeur
Vapeur
C2
t/j
D PCD 386 A
C5
Liquide
C4
C3
• Elle fait apparaître la hiérarchie des volatilités.
Les constituants les plus volatils ou légers sont ceux qui se dirigent de préférence dans la phase gazeuse. Ils
ont des basses températures d'ébullition et des tensions de vapeur élevées.
Les constituants les moins volatils ou lourds préfèrent, au contraire, la phase liquide. Ils ont de hautes
températures d'ébullition et des faibles tensions de vapeur
• La mise en œuvre industrielle d'un tel procédé de flash en continu exige la mise en place d'instruments de
mesure et de régulation pour suivre et contrôler automatiquement l'installation. La Planche n°3 illustre cet
aspect.
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PRINCIPE DE LA DISTILLATION
• La DISTILLATION permet d'amplifier la séparation précédente en réalisant
- une circulation à contre courant de deux phases liquide et vapeur à l'intérieur d'une colonne ou tour de
distillation
- des contacts entre les phases liquide et vapeur grâce à des plateaux ou des garnissages. À chaque contact
la vapeur s'enrichit en constituants légers et le liquide se concentre en produits lourds
• Le résultat obtenu est une séparation beaucoup plus fine du mélange. Le produit de tête ou distillat contient
les constituants légers, le produit de fond ou résidu, les constituants lourds.
• Appliquée au mélange précédent on obtient par exemple le résultat suivant.
17
bar
Vapeur
Plateaux
COLONNE ou
TOUR DE
DISTILLATION
Débit
t/j
C2
C3
C4
C5
3
30
65
2
100
TOTAL
Charge
Débit
t/j
C2
C3
C4
C5
-
1
64
2
67
TOTAL
Produit
de fond
ou résidu
Produit
de tête
ou distillat
Débit
t/j
C2
C3
C4
C5
3
29
1
-
33
TOTAL
Liquide
0
10
20
33
40
50
60
70
80
90
100
30
Distillat
Résidue
Distillat
Résidu
C4
t/j
C5
C2
D PCD 032 A
3
C
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MISE EN ŒUVRE INDUSTRIELLE DE LA DISTILLATION
• La mise en place du contre courant liquide-vapeur fait apparaître la nécessité :
- d'un CONDENSEUR pour amorcer dans la colonne le flux liquide par l'intermédiaire du reflux
externe injecté en tête
- d'un REBOUILLEUR pour initier le FLUX VAPEUR par vaporisation partielle du liquide de fond de
tour.
L'alimentation partiellement vaporisée participe également à la constitution de ces deux flux en
s'intégrant à un niveau intermédiaire dans la colonne (Planche n°4)
• Le contact liquide-vapeur est obtenu par 2 moyens principaux (planche n°5) :
- sur des PLATEAUX où le flux vapeur est distribué par des clapets dans une couche de liquide
coulant horizontalement
- par des GARNISSAGES sur les légers le liquide coule sur les anneaux ou les selles en formant un
film qui est léché par la vapeur ascendante
• Les conditions opératoires d'une colonne industrielle — un dépropaniseur — apparaissent sur la planche n°6 :
-la pression de fonctionnement est fixée par les conditions opératoires qui règnent au ballon de
reflux : c'est la tension de vapeur du produit de tête liquide. Elle est ensuite sensiblement
constante dans la colonne
-les températures dans la tour sont les températures d'ébullition des produits qui circulent :
•la température de tête est la plus basse correspondant aux constituants légers obtenus
au sommet
•la température de fond est la plus élevée correspondant aux constituants lourds obtenus
en fond
L'évolution des températures dans la colonne est, en fait, le reflet des changements de composition
qui se produisent de plateau à plateau
- le débit de reflux externe réinjecté en tête de colonne et la quantité d'énergie thermique
dépensée au rebouilleur sont en relation avec la qualité de la séparation recherchée
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