Qu'est-ce que la distillation à plusieurs composants?
La distillation multicomposant est un processus chimique dans lequel un mélange de composés volatils se sépare en fonction de leurs points d'ébullition. Le processus se produit dans une colonne de distillation, un empilement vertical de plateaux ou d’étages sur lesquels coexistent des composants dans leurs phases liquide et vapeur. À mesure que le mélange monte dans la colonne, les composés à point d'ébullition élevé se concentrent sur les étapes inférieures, tandis que les composés à faible point d'ébullition se concentrent sur les étapes supérieures.
Les colonnes de distillation utilisent les principes de base des mélanges d'équilibre liquide-vapeur. Lorsque la chaleur est appliquée à un liquide, la température du liquide augmente jusqu'à atteindre le point d'ébullition (BP). Au BP, l’énergie supplémentaire ne provoque pas d’augmentation de la température; les molécules l'utilisent plutôt pour s'échapper de la phase liquide et devenir un gaz.
L'énergie absorbée par la nouvelle molécule de gaz n'est plus disponible pour chauffer la molécule liquide suivante. Lorsque le liquide bout, il refroidit également en raison de l’absence d’énergie, ce qui maintient les molécules de gaz en phase gazeuse. Ce refroidissement provoquera la condensation de certaines molécules de gaz en liquide, libérant ainsi l’énergie de vaporisation. L'énergie libérée est capable de réchauffer le liquide. Aux conditions d'équilibre, le taux de vaporisation est égal au taux de condensation.
Dans une colonne de distillation à plusieurs composants, un mélange à l'équilibre est établi sur chaque étage. Il y a une source constante d'énergie nouvelle fournie au bas de la colonne. Cette chaleur fait que certaines des molécules en phase gazeuse du composé le plus volatil sur chaque étage, celui avec le plus bas BP, montent au stade suivant. À ce stade supérieur, le mélange tentera de retrouver son équilibre. Les molécules venant d’en bas peuvent avoir une pression artérielle trop élevée pour se vaporiser sur cette étape, de sorte qu’elles s’accumulent dans la phase liquide.
Finalement, le liquide dans chaque étape se concentre dans un ou plusieurs des composants. Les flux secondaires peuvent être retirés à un ou plusieurs stades. Les flux liquides seront concentrés dans un ou plusieurs composants, et des étapes de distillations supplémentaires peuvent être nécessaires.
Le pétrole est généralement distillé en fractions par distillation à plusieurs composants. Une fraction est une gamme de composés similaires avec BP proche qui peuvent être traités comme un seul composé. L'essence est un exemple. Un gaz à basse pression peut être prélevé en haut de la colonne et ne nécessite aucun traitement supplémentaire.
La conception d'une distillation à plusieurs composants nécessite des calculs complexes. Les paramètres de conception de la colonne incluent la spécification du nombre d'étapes, de l'étape d'alimentation de la matière première, des étapes auxquelles les flux de produits sont éliminés et de la chaleur nécessaire pour entraîner la colonne. Des programmes informatiques spécialisés de distillation multicomposants effectuent ces calculs, mais les ingénieurs apprennent toujours les méthodes de résolution graphique pour comprendre le processus.