PROCEDE ET INSTALLATION DE DISTILLATION EN CONTINU
PROCEDE ET INSTALLATION DE DISTILLATION EN CONTINU
Dans le fascicule de la demande de brevet EP-A1-98332, on décrit un procédé de distillation en continu dans lequel un liquide séjournant dans un évaporateur est soumis à une ébullition sous pression et température réduites et dans lequel les vapeurs ainsi porduites sont comprimées dans un compresseur et envoyées au pied d'une colonne de distillation travaill.ant à pression plus élevée que celle de l'évaporateur notamment à pression atmosphérique, la température de condensation du distillat en tête de la colonne de distillation étant plus élevée que la température du liquide dans l'évaporateur et dans lequel la chaleur produite-lors de la compression et celle récoltée lors de la condensation du distillat est utilisée pour l'ébullition du liquide dans l'évaporateur.
La présente invention a pour but un procédé de distillation en continu pour un mélange de deux ou plusieurs liquides, et consiste en une amélioration de ce procédé connu, permettant de récupérer plus facilement et avec moins d'échangeurs, la chaleur dégagée en différents endroits de l'installation et de l'utiliser à d'autres endroits de la même installation en la transportant au moyen de fluides appropriés. Elle permet ainsi de réaliser une installation de distillation utilisant une quantité restreinte d'énergie, celle-ci étant réduite, dans certains cas, à l'énergie électrique nécessaire à l'entraînement du compresseur.
Le procédé suivant l'invention peut être utilisé notamment lorsque l'évaporateur fonctionne à des pressions entre 20 mbar et 1200 mbar tandis que la colonne de distillation fonctionne entre 150 mbar et 5000 mbar, le rapport entre la pression dans l'évaporateur et la pression dans colonne de distillation étant au maximum égale à sept dixièmes.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que la phase liquide recueillie au pied de la colonne de distillation est renvoyée dans l'évaporateur par un conduit comprenant un agencement réducteur de pression.
Selon une solution préférentielle, l'évaporateur est constitué par une colonne de distillation préliminaire à plateaux multiples travaillant à pression et température réduites.
L'invention est expliquée ci-dessous à l'aide de quelques variantes
<EMI ID=1.1>
48.07/1919 au dessin annexé. Les figures 1 à 3 de ce dessin représentent des schémas d'installations de distillation en continu suivant l'invention.
A la figure 1, un évaporateur 1 est constitué par une enceinte comprenant plusieurs bacs communicant entr'eux et parcourus successivement par le liquide à traiter. Dans chaque bac, suite à ].'ébullition, le liquide s'appauvrit en-] 'élément le plus volatile et le- condensat est recueilli à la sortie du dernier des bacs. L'évaporateur est alimenté par un conduit 2 provenant, par exemple, d'un fermenteur, non représenté, et amenant un liquide alimentaire, par exemple un mélange eau-méthanol en phase liquide. La pression dans l'évaporateur 1
<EMI ID=2.1>
dégagées dans l'évaporateur via un conduit très large 4. Le compresseur 3 est entraîné par un moteur électrique relié à un réseau de distribution 5 et associé à un régulateur, non représenté,
<EMI ID=3.1>
Les vapeurs comprimées dans le compresseur 3 sont envoyées via un conduit 6 à un étage intermédiaire ou de préférence au pied d'une colonne de distillation à plateaux multiples 7 dans laquelle la phase gazeuse circule du bas vers le haut et la phase liquide du haut vers le bas. L'équilibre vapeur/liquide est approximativement réalisé à la hauteur de chaque plateau. A la tête de la colonne 7, la composante la plus volatile est recueillie à l'état gazeux, condensée par extraction
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colonne de distillation, comme cela a été le cas aussi dans l'installation connue. Au pied de la colonne 7, la phase liquide appauvrie en la composante la plus volatile est recueillie et envoyée via un conduit 8 au conduit d'alimentation 2 de l'évaporateur 1. Un dispositif réducteur de pression par exemple une vanne 9 est disposé dans le conduit 8 ou 2 entre le pied de la colonne 7 et l'évaporateur 1. La vanne 9 peut être une vanne à étranglement. Elle peut être remplacée par tout autre dispositif réducteur de pression tel qu'une conduite à perte de charge ou une turbine hydraulique.
Il est possible aussi de remplacer le dispositif réducteur de pression par un agencement particulier de l'installation, par exemple, en disposant les extrémités du conduit 8 à des hauteurs différentes, pour que la colonne de liquide dans le conduit 8 compense la différence de pression entre évaporateur 1 et colonne de distillation 7.
La colonne de distillation 7 travaille de préférence à la pression atmosphérique, mais peut travailler à d'autres pressions, notamment dans une gamme entre 150mbar et 5000 mbar. Les pressions respectives de la colonne de distillation 7 et de l'évaporateur doivent être choisies de telle façon que la température de condensation du distillat en tête de la colonne de distillation 7 soit sensiblement supérieure à la température d'ébullition du liquide dans l'évaporateur 1, afin de permettre la récupération de la chaleur de condensation du distillât et son utilisation dans un échangeur de chaleur chauffant l'évaporateur.
Dans l'exemple suivant la figure 1, un mélange eau-méthanol amené par le conduit 2 à une température d'environ 55[deg.]C dans l'évaporateur 1 est chauffé en étapes successives dans les différents bacs de celui-ci pour atteindre finalement une température d'environ 60[deg.]C pour la phase résiduelle liquide. Dans l'évaporateur, la teneur du liquide en éthanol diminue d'un bac au suivant. La phase résiduelle liquide peut être extraite au moyen d'un conduit 10 à l'aide, par exemple d'une pompe, non représentée. La phase liquide dans l'évaporateur est chauffée par des échangeurs de chaleur 11, 12, 13 disposés chacun dans un des bacs consécutifs.
Les vapeurs comprimées quittant le compresseur par le conduit 6 passent par un échangeur 14 dans lequel la température de ces vapeurs est ramenée d'une valeur d'environ 170[deg.]C à 90[deg.]C. C'est donc à cette dernière température que des vapeurs d'un mélange eau-méthanol entrent dans la colonne de distillation 7. Suivant l'opportunité, le conduit 6 peut déboucher tout à fait au pied de la colonne 7 où s'accumule la phase liquide, au-dessus de la phase liquide, comme cela est montré sur le dessin (figure 1) ou encore un peu plus haut entre deux plateaux de la colonne 7.
Les vapeurs d'éthanol presque pur à la tête de la colonne de distillation 7 sont amenées au moyen d'un conduit 15 dans un dispositif de condensation, notamment un échangeur de chaleur 16 et extraites en phase liquide en partie par un conduit 17 ou recyclés en partie dans la colonne 7 par un conduit 18.
La chaleur dégagée dans les échangeurs 14 et 16 est utilisée au chauffage du mélange eau-méthanol dans les échangeurs 11, 12 et/ou 13. Dans des cas favorables, les calories ainsi récupérées sont suffisantes pour le fonctionnement de l'évaporateur; dans ce cas la phase liquide au -pied de la colonne de distillation 7 ne doit pas passer dans un
échangeur, mais peut être directement recyclée via le conduit 8 et 2 et
à travers le dispositif réducteur de pression 9 dans l'évaporateur 1. Si les calories récupérées dans les échangeurs 14 à 16 ne suffisaient pas à assurer la totalité des besoins en calories de l'évaporateur, il
faudrait alors suppléer par un apport extérieur de calories, soit à
l'aide d'un échangeur 36 placé au pied de la colonne de distillation
soit à l'aide d'un ou plusieurs des échangeurs 11, 12 ou 13 de l'évaporateur.
Dans la variante suivant la figure 2, l'évaporateur 1 est remplacé par une colonne distillation préliminaire à plateaux multiples 19 travaillant à une pression réduite par rapport à la pression de la colonne de distillation. Elle est alimentée par le haut au moyen d'un conduit 20 équipé d'une pompe 21 inversée ou d'une petite turbine hydraulique servant de réducteur de pression entre la colonne 7 et la colonne préliminaire 19. Le conduit 2 qui amène le liquide à distiller peut alors être raccordé à une hauteur convenable de la colonne préliminaire 19 en fonction de la température et de la concentration de
la composante à distiller. Deux variantes possiblesde raccordement du conduit 2 à la colonne préliminaire 19 sont représentées sur la figure
2; il va de soi qu'une seule des variantes est réalisée. Au lieu de chauffer la phase liquide au pied de la colonne préliminaire 19 au moyen d'échangeurs plongeant à l'intérieur de la colonne, le chauffage peut
être réalisé dans un ou plusieurs échangeurs extérieurs 22,23, 24 dans lesquels circule la phase liquide grâce à un termosiphon ou à une pompe, non représentées.
Dans la variante suivant la figure 3, une installation suivant la figure 2, est associée à un fermenteur 25 recevant un influent via un conduit 26 et dont l'effluent est véhiculé via un conduit 27 et une pompe inversée à effet réducteur de pression 28 à l'entrée de la colonne <EMI ID=5.1>
pied de la colonne préliminaire 19 est recyclée en grande partie via une pompe 29 et un conduit 30 à l'entrée du fermenteur 25, tandis qu'une partie moins importante est évacuée par un conduit 31. En variante par rapport à la figure 2, la compression des vapeurs sortant de l'évaporateur 1 ou de la colonne préliminaire ]9 est scindée en deux étages avec réfrigération intermédiaire au moyen de l'échangeur 14 grâce à l'utilisation d'un second compresseur 32, relié au premier 3 par le conduit 6. La sortie, en l'occurence à pression atmosphérique, de ce deuxième compresseur 32 est amenée au moyen d'un conduit 33 et un échangeur de chaleur 34 dans la colonne de distillation 7 à une hauteur appropriée.
Eventuellement, un échangeur 35 dans le conduit 30 peut permettre le chauffage de l'effluent du fermenteur 25 avant son introduction dans l'évaporateur 1 ou la colonne préliminaire 19 à l'aide du liquide de recyclage amené par le conduit 30. La chaleur nécessaire au chauffage dans les échangeurs 22, 23 et 24 est fournie par les échangeurs 14, 16 et 34 par l'intermédiaire de fluides et tuyauteries appropriés.
Dans une autre variante, la sortie 6 du compresseur 3 aboutit directement à la colonne de distillation 7. L'échangeur 14 est alors supprimé et la chaleur de compression contribue à l'éb�llition dans la colonne de distillation 7.
Dans une autre variante, l'installation suivant la figure 1 ou 3 est utilisée pour traiter dans l'évaporateur 1 ou la colonne préliminaire 19 un mélange eau éthanol sortant d'un fermenteur à la température de ce dernier, par exemple à 35[deg.]C. Dans ce cas, la pression à l'ébullition est choisie de l'ordre de 70 mbar et la colonne de distillation 7 peut se trouver à une pression entre 250 mbar et la pression atmosphérique. L'utilisation d'une pression réduite dans la colonne de distillation 7 permet de réduire sensiblement la consommation d'énergie du ou des compresseurs, mais pour une même production d'éthanol, nécessite un appareillage plus volumineux. La solution optimum dépend de considérations relatives au coût de l'investissement et de la consommation de diverses sortes d'énergie disponibles à
<EMI ID=6.1> Le procédé suivant l'invention peut s'appliquer à la fabrication
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le glycerol, le furfurol, ainsi que de cétones à hydrocarbures ou encore de toute substance organique liquide aux températures réalisables dans l'installation, notamment-les substances organiques liquides produites par fermentation en milieux aqueux à l'aide de levures, de bactéries ou de champignons et séparable de l'eau par distillation. Le procédé peut aussi s'appliquer à la fabrication par réaction chimique de liquides organiques ou minéraux dans laquelle le produit utile est séparé par distillation d'un substrat liquide ou d'un solvant liquide organique ou minéral, les pertes de réactif étant réduites au minimum grâce à leur recyclage en circuit semi-fermé après extraction de la substance utile par distillation ou évaporation.
REVENDICATIONS
1. Procédé de distillation en continu dans lequel un liquide séjournant dans un évaporateur (1) est soumis à une ébullition sous pression et température réduites et dans lequel les vapeurs ainsi produites sont-comprimées--dans un compresseur (3)--et envoyées au pied d'une colonne de distillation (7) travaillant à pression plus élevée que celle de l'évaporateur, la température de condensation du distillat en tête de la colonne de distillation étant sensiblement plus élevée que la température du liquide dans l'évaporateur et dans lequel la chaleur récoltée lors de la condensation du distillât est utilisée pour l'ébullition du liquide dans l'évaporateur (1),
caractérisé en ce que la phase liquide recueillie au pied de la colonne de distillation (7) est renvoyée dans l'évaporateur (1, 19) par un conduit (8) comprenant un agencement réducteur de pression (9).