FR2482979A1

FR2482979A1 - Procede de distillation de l'alcool comportant l'utilisation d'une pompe a chaleur, et dispositif de mise en oeuvre de ce procede

Info

Publication number: FR2482979A1
Application number: FR8011444A
Authority: FR
Inventors: Alain Bonnemay
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-11-27
Also published as: FR2482979B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE DISTILLATION DE L'ALCOOL COMPORTANT L'UTILISATION D'UNE POMPE A CHALEUR ET UN DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. SELON CE PROCEDE, ON INTRODUIT LE FERMENTAT A DISTILLER 1 DANS UN BOUILLEUR 8, UN DEBIT DE VAPEUR D'ALCOOL ETANT EXTRAIT DE LA TETE 11 DU BOUILLEUR, PUIS CONDENSE PARTIELLEMENT DANS UN ECHANGEUR 12, UNE PARTIE DU CONDENSAT AINSI FORME ETANT REINTRODUITE DANS L'ALIMENTATION 1, L'AUTRE PARTIE CONSTITUANT L'ALCOOL DISTILLE, UN APPORT DE CALORIES ETANT REALISE AU FOND 13 DU BOUILLEUR 8 POUR PERMETTRE LE TRAVAIL DE SEPARATION DE L'EAU ET DE L'ALCOOL. ON UTILISE UNE POMPE A CHALEUR POUR FOURNIR AU FOND 13 LA TOTALITE DE LA PUISSANCE THERMIQUE NECESSAIRE AU TRAVAIL DE SEPARATION DE L'EAU ET DE L'ALCOOL. APPLICATION A LA PRODUCTION D'ALCOOL.

Description

L'invention concerne un procédé de distillation de l'alcool comportant l'utilisation d'une pompe à chaleur. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

On sait que le renchérissement du coût de l'énergie, particulièrement du pétrole, suscite un intérêt accru pour les énergies de remplacement. Dans cette optique, on a envisagé l'utilisation d'alcool comme carburant en remplacement du pétrole pour les véhicules automobiles.

Si l'on prend, par exemple, le cas de la betterave, il faut, compte tenu de la technolgie actuelle, 16.103 MJ pour obtenir une tonne d'alcool. Ces 16.103 MJ se décomposent comme suit : - culture et transport : 3.103 MJ/tonne, - lavage, épierrage, préparation : 5.10 MJ/tonne, - fermentation, divers : 2,5.103 MJ/tonne, - distillation : 104 MJ/tonne.

Le pouvoir calorifique de l'alcool étant d'environ 2,5. 104 MJ/tonne, la production d'alcool nécessaire à l'alimentation en énergie de la production considérée est de 0,64 tonne par tonne.

La substitution de l'acool à l'essence put être réalisée sous deux formes : on peut utiliser de l'alccol pur ou un mélange d'essence et d'alcool.

Dans le cas où l'on utilise de l'alcool pur, il peut s'agir d'alcool dont le titre n'est pas très élevé.

11 faudrait alors adapter les moteurs à cette utilisation. Mais la contrainte que représente cette modification permettrait en retour une augmentation du taux de compreasion des moteurs en raison de l'indice d'octane élevé de l'acool (140) Cette augmentation de taux de compression permettrait une augmentation de rendement qui compenserait la différence de pouvo8ir calorifique entre l'alcool et l'essence
En revanche, les mélanges essence-alcool peuvent être utilisés directement dans les moteurs actuels, mais ce mélange binaire étant instable en présence d'eau, il convient d'utiliser des mélanges ternaires.

Toutefois, quelle que soit la solution retenue, l'intéret d'une substitution de l'alcool à l'essence dépend de la possibilité d'obtenir économiquement de 1'al- cool à partir d'une plante telle que la betterave ou- le mais.

On cannait différents procédés de distillation.

Le procédé le plus simple consiste à introduire le fermentat à distiller que l'on peut considérer en première approximation comme un mélange eau-alcool, dans un alambic et à le chauffer. L'alcool étant plus volatil que l'eau, la vapeur formée est riche en alcool. On évacue cette vapeur, puis on la condense. On obtient ainsi un condensat plus riche en alcool que le mélange initial. De cette manière, le liquide restant dans l'alambic s'appauvrit en alcool. Si la distillation est conduite très lentement, la vapeur est toujours en équilibre avec le liquide, mais elle change constamment de composition. Ce procédé est peu efficace et coûteux en énergie. Il n'est par conséquent pas adapté à la production industrielle d'alcool carburant.

Selon un -autre procédé, appelé distillation instantanée, le fermentat est chauffé dans un bouilleur, puis il est détendu dans une chambre, qui peut être un séparateur du type cyclone, où la vapeur, formée adiabatiquement, est séparée du liquide. Comme les phases liquide et vapeur sont intimement mélées, la séparation se fait dans les conditions de l'équilibre.

Cette méthode est principalement employée pour les mélanges à composants multiples tels que ceux que l'on rencontre dans l'industrie des pétroles. Elle est peu employée en revanche pour les systèmes binaires, en particulier pour la distillation de l'alcool.

Un troisième procédé connu, la rectification, consiste à séparer plusieurs constituants d'un mélange liquide par une série de vaporisations-condensations entre le liquide et la vapeur circulant à contre-courant dans une colonne. On a représenté sur la figure 1, une colonne de distillation dans laquelle ce procédé est mis en oeuvre.

L'alimentation est aspirée par la pompe d'alimentation 2. Le débit d'alimentation véhiculé par cette pompe est contrôle par un régulateur de débit (non représenté} placé sur son refoulement. Le produit est alors préchauffé, dans un échangeur 6, par le résidu chaud de la distillation, puis injecté dans la colonne de distillation 8 environ à mi-hauteur.

La colonne de distillation 8 comporte un certain nombre de plateaux 10 dont chacun est l'équivalent d'un alambic dans lequel on effectuerait une distillation simple telle que celle précédemment décrite.

Le rôle de ces plateaux 10 est de permettre le contact entre le liquide et la vapeur, de façon à permettre l'établissement de l'équilibre. Sur chaque plateau 10, il y a barbotage de la vapeur dans le liquide avec transfert de masse et de chaleur.

La température de chaque plateau est différente de celle des plateaux voisins. ELle est la plus élevée en fond de tour et la plus faible en tête de la colonne 8.

Les vapeurs montent vers la tête de la colonne 11, tandis que le liquide descend vers le fond 13. Les vapeurs de tête de colonne sont extraites et passent dans un condenseur 12 refroidi par exemple par de l'eau. Les vapeurs se condensent et le liquide ainsi formé coule dans un bac de recette 14 appelé ballon de reflux. Les vapeurs éventuellement non condensées sont évacuées du ballon de reflux 14 et la pression de marche de la tour est réglée par ce débit de dégazage.

Le liquide du ballon de reflux 14 est aspiré par une pompe de reflux 16 qui l'expédie dans deux dires tions. Une première partie constitue le distillat ou produit de tête et une autre partie est envoyée à débit constant vers la tête de colonne 11. Ce reflux sert à ajuster la température de la tête de colonne à la valeur choisie et permet l'établissement d'un gradient de température dans la tour. Ce reflux a la même composition que le distillat. A son entrée dans la tour, il se vaporise en absorbant de la chaleur latente qu'il perd dans le condenseur. Il s'agit donc d'un produit tournant en circuit fermé entre la tête de colonne, le condenseur 12 et le ballon de reflux, et servant à extraire des calories du système. Ces calories sont perdues dans l'eau du condenseur 12.

Le liquide descendant au fond 13 de la colonne est aspiré par une pompe 18, envoyé dans le préchauffeur 6 où il se refroidit en préchauffant l'alimentation en fermentat. De là, il passe dans un réfrigérant 19, où sa température est abaissée à une valeur convenable pour le stockage.

Une autre partie du liquide de fond de colonne passe dans un appareil 20 appelé rebouilleur, dans lequel il est partiellement vaporisé, et retourne dans la colonne 8. Le rebouilleur 20 est généralement chauffé par de la vapeur d'eau. C'est lui qui fournit les calories nécessaires à la rectification par l'intermédiaire du produit de fond circulant à travers le rebouilleur en circuit fermé. Cette circulation peut être effectuée par thermosiphon.

Le rendement énergétique d'une telle colonne de distillation est très bas. La chaleur effectivement utilisée dans le travail de séparation du mélange eau-alcool ne représente qu'un trentième de la chaleur totale utilisée sans récupération. Plusieurs procédés peuvent être employés pour utiliser au mieux la source de chaleur généralement constituée par de la vapeur d'eau, et pour récupérer mieux la chaleur résiduelle contenue dans les vapeurs d'alcool, en particulier après le condenseur 12.

Deuz groupes de dispositifs sont classiquement enployés : les appareils à multiples effets et les appareils comportant la compression de la vapeur.

Dans les appareils à multiples effets, la vapeur sortant de la tête de colonne est introduite dans d'autres colonnes, où elle est utilisée pour évaporer une partie de l'alimentation en fermentat, grâce à des abaissements de pression des colonnes suivantes.

Dans le cas des appareils à compression, la vapeur produite en tête de colonne est comprimée. On fait circuler la vapeur ainsi 6chauffée dans un serpentin qui est en contact avec le liquide au pied de la colonne.

On a représenté schématiquenent sur la figure 2 une installation de distillation dans laquelle la vapeu produite en tête de colonne est comprimée. Cette installation comporte une colonne de distillation 8 dans laquelle l'alimentation 1 est introduite environ à mi-hauteur. Dans le cas de l'exenple décrit, il s'agit d'un mélange d'éthylbenzène et de zylène, isomère dont les points d'ébullition s'échelonnent entre 136,2 C pour l'éthylbenzène et 144, 4 C pour l'orthoxylène. Pour obtenir de l'orthoxylène suffisamment pur au pied 13 de la colonne 8, il est nécessaire que les taux de reflux soient importants, et par conséquent que les puissances apportées au rebouilleur 20 et au condenseur 12 le soient également,
Au cours de la distillation, il est nécessaire de fournir de la chaler au pied de la colonne pour provoquer la vaporisation du mélange dans le rebouilleur 20.

@n est d'autre part conduit à retirer de la chaleur en t@te de colonne 11 pour assurer la condensation de la @peur et reoycler me pertie du liquide obtenu. Le renlement énergétique de cetre opération est eztrêment
@le. Il gent descendre en=dessous de @@ri@@@k de séparation des constitants.

@emp@@@@@@@ pird de la colonne, où sor
@@ @@@ les @@ vel@@@s, est supérieure à la température au sommet de la colonne où sortent les produits les plus volatils. Cet écart de température est d'autant plus grand que les points d'ébullition des corps purs à séparer sont distants et que les pertes de charges dans la colonne sont importantes.

Selon le procédé de distillation décrit page 999 à 1001 de la revue générale de thermique, n0 179 de novembre 1976, on utilise un seul et même fluide pour trains mettre de la chaleur du condenseur 12 au rebouilleur 20 en comprimant la vapeur qui sort de la colonne de façon que sa condensation puisse se produire à une température supérieure à celle du rebouilleur.

La recompression de- la vapeur de tête de colonne permet de disposer d'assez de chaleur pour chauffer l'alimentation 1 disponible à 250C, mais la condensation ne fournit pas tout à fait assez de chaleur pour combler les besoins de rebouilleur. Il faut fournir 222 545 kilocalories par heure supplémentaires. D'autre part, la quantité de chaleur à évacuer du système est divisée par 5,5. La puissance mécanique est utilisée avec un coeff i- cient de performance de 7,52, soit 54% du coefficient-de
Carnot.

Selon un autre procédé, on peut également faire bouillir de l'eau sous pression réduite en utilisant la chaleur que la vapeur produit en tête de colonne, et aspirer la vapeur d'eau ainsi produite en la mélant à une circulation de vapeur à plus haute pression.

On peut ainsi récupérer une part notable de l'énergie de la vapeur de tete de colonne..

Ces procédés de récupération permettent une nette amélioration du rendement énergétique de la distillation. On parvient ainsi à diminuer d'environ. 40% l'énergie nécessaire, c'est-à-dire la consommation de vapeur d'eau. On arrive dans les meilleures installations à un rendement de 280 kilogrammes de vapeur d'eau fournis par hectolitre d'alcool pur produit, soit environ 1880 kilocalories par kilogramme, ceci pour une capacité de 5000 hectolitres par 24 heures.

Cependant, avec ces procédés connus, des pertes de chaleur se produisent malgré tout, en particulier lors de l'évacuation des résidus de distillation, et des travaux de compression ou de mise sous vide, selon le procédé, appareil à compression ou à multiple effet.

L'invention a pour objet un procédé de distillation de l'alcool dont le rendement est amélioré par rapport à ceux des procédés connus, et qui permet une production importante d'alcool, tout en fonctionnant en continu. Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.

Plus précisément, le procédé de distillation selon l'invention, pour la production d'alcool à partir d'un fermentat, dans lequel on introduit le fermentat à distiller dans un bouilleur, les vapeurs d'alcool montant en tête du bouilleur tandis que le liquide descend vers le fond du bouilleur, un débit de vapeur d'alcool étant extrait de la tête, puis condensé partiellement dans un échangeur, une partie du condensat ainsi formé dite liquide de reflux, étant réintroduite dans l'alimentation, l'autre partie du condensat constituant l'alcool distillé, un apport de calories étant réalisé au fond du bouilleur pour permettre le travail de séparation de l'eau et de l'alcool, se caractérise en ce qu'on utilise une pompe à chaleur pour fournir au fond la totalité de la puissance thermique nécessaire au travail de séparation de l'eau et de l'alcool, l'échangeur constituant la source froide de la pompe à chaleur et le fond sa source chaude.

L'installation de distillation selon l'invention pour la production d'alcool à partir d'un fermentat du genre de celles qui comportent un bouilleur dans lequel on introduit le fermentat à distiller, les vapeurs d'alcool montant en tête du bouilleur tandis que le liquide descend vers le fond de celui-ci, un débit de vapeurs d'alcool étant extrait de la tete puis condensé partiellement dans un échangeur, une partie du condensat ainsi formé, dite liquide de reflux, étant réintroduite dans l'alimentation, l'autre partie du condensat constituant l'alcool distillé, un apport de calories étant réalisé au fond du bouilleur pour permettre le travail de séparation de l'eau et de l'alcool se caractérise en ce qu'une pompe à chaleur fournit au fond la totalité de la puissance thermique nécessaire au travail de séparation de l'eau et de l'alcool, l'échangeur constituant la source froide de la pompe à chaleur et le fond sa source chaude.

De préférence, la pompe à chaleur comporte une source froide, un compresseur, une source chaude, une turbine et un échangeur intermédiaire dans lequel une partie de la chaleur contenue dans le liquide sortant de la source chaude est récupérée afin de préchauffer la vapeur sortant de la source froide avant son introduction dans le compresseur.

De préférence, l'installation de distillation comporte des échangeurs de chaleur dans lesquels le fermentat est préchauffé avant son introduction dans le bouilleur par récupération des calories contenues dans les vapeurs d'alcool sortant de l'échangeur et dans l'eau de rejet sortant du fond.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparattront mieux à la lecture de la description faite à titre illustratif et nullement limitatif, en reférence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 3 représente le schéma d'une pompe à chaleur améliorée,
- la figure 4 représente schématiquement une installation de distillation conforme à l'invention, et
- la figure 5 représente un diagramme enthalpique du cycle décrit par le -fluide de la pompe à chaleur.

On sait qu'une pompe à chaleur est un dispositif permettant de transférer de la chaleur d'une source froide à une source chaude. Elle comporte un circuit dans lequel circule un fluide qui échange de la chaleur avec une source chaude (le condenseur) se trouvant à la températare absolue T1 et avec une source froide (l'évaporateur) se trouvant à la température absolue T2.

On a représenté sur la figure 3, une pompe à chaleur amélioréen. Le circuit de la pompe à chaleur comporte zuccessivement une source froide 22 à la température T2, un échangeur 30, un compresseur 24, une source chaude 26 à la température T1 et une turbine 28. Le fluide est choisi en fonction des températures T1 et T2 de la zource chaude et de la source froide. Il peut être costitué par exemple par de l'eau ou encore par un gaz tel que le fréon.

Le coefficient de performance théorique d'une telle pompe à chaleur est égal à :

Il est donc d'autant plus élevé que les températures des deux sources sont voisines.

Le coefficient de performance réel est bien inférieur à cette valeur. En effet, on n'utilise généralement pas de turbine de récupération de l'énergie 28 car l'énergie zéoup@rée ne conpenserait pas le coût de cet investissement, La turbine est remplacée par une valve de laminage (désignés par la même référence 28) dans laquel
le l'énergie de @étests @@ fluide est perdue. D'autre part, les échangeurs thenmiques dans lesquels s'effectueni les échanges de chassdur entre les zources froide et
@hande et le fluide int une fourchette de température non @lle, @e Zluide ne zort pas de ces échangeurs à la tem
@rature de An sonrce Hnfln, le flaide ne décrit pas un cycle de Carnot théorique, mais un cycle ayant des caractéristiques moins favorables.

Le fluide absorbe une quantité de chaleur Q2 de la source froide et transporte cette énergie à la source chaude, moyennant un travail mécanique W, où elle restitue une quantité de chaleur Q1. Les transferts de chaleur entre les sources de chaleur et le fluide sont effectués en jouant sur la chaleur latente de ce dernier ; il est évaporé sous une pression P > , au contact de la source froide. Il est amené à la température T2. Il est ensuite comprimé à la pression P1 dans le compresseur, ce qui amène sa température à une valeur T, supérieure non seulement à sa température T2 avant compression, mais encore à la température T1 de la source chaude. Le fluide pénètre alors dans l'échangeur 26 dans lequel il se condensé en cédant à la source chaude sa chaleur latente.Le fluide est ensuite détendu dans une turbine de récupération 28. Sa pression passe de la valeur p1 à la valeur pi inférieure à P1* Corrélativement il se refroidit. Sa température T devient inférieure à la température T2 de la source froide. Le fluide peut ainsi etre à nouveau vaporisé au contact de la source froide, si bien que le cycle recommence. L'échangeur intermédiaire 30 permet de récupérer une partie de l'énergie contenue dans le fluide lorsqu'il sort de l'échangeur 26 constituant la source chaude. L'énergie récupérée est utilisée pour préchauffer le fluide lorsqu'il sort de l'échangeur de source froide 22.On diminue ainsi d'autant le travail de compression W à lui fournir pour le chauffer jus"à une température T supérieure à celle de la source chaude.

Le coefficient de performance de ce cycle est identique à celui de la pompe a chaleur classique. Par contre le travail de compression diminue. En pratique, on fournit moins d'énergie mécanique. Etant donné que le compresseur 24 qui fournit au fluide une énergie mécanique W possède un rendement global qui est de l'ordre de 0,33, l'énergie réellement économisée par l'utilisation de cette pompe à chaleur améliorée est en réalité trois fois plus importante que l'économie théorique.

On a représenté schématiquement sur la figure 4, le schéma d'une installation de distillation d'alcool conforme à la présente invention. Cette installation comporte deux circuits : un premier circuit pour.la distillation du fermentat et un second circuit de pompe à chaleur améliorée telle que celle représentée sur la figure 3.

Le circuit de distillation comporte une alimentation en fermentat 1, ce fermentat pouvant être considéré comme un mélange d'eau et d'alcool. L'alimentation est préchauffée dans deux échangeurs 32 et 34, puis elle est introduite dans le corps de chauffe 8. Ce corps de chauffe 8 est par exemple une colonne de distillation telle que celle qui a été décrite en référence à la figure 1.

Il peut également être constitué par un bouilleur simple.

Les vapeurs d'alcool montent vers la tête de la colonne 11, tandis que le liquide descend vers le fond 13. Des vapeurs de tête de colonne sont extraites et passent dans un condenseur 12. Une partie des vapeurs est condensée dans l'échangeur 12. Le liquide qui s'est condensé cQns- titue le débit rétrogradé 35. Il est réintroduit dans l'alimentation 1. Les vapeurs d'alcool non condensées 37 sont introduites dans l'échangeur 32 où elles préchauffent l'alimentation 1.

Le liquide du fond de la colonne 39 constitue l'eau de rejet. Sa température étant supérieure à 1000C, on récupère les calories qu'elle contient dans l'échan- geur 34 qui, comme l'échangeur 32, préchauffe l'alimentation 1.

Les échangeurs de chaleur 32 et 34 sont de pEé- férence des échangeurs à plaques, pour lesquels la différence entre les températures d'entrée et de sortie des fluides est de l'ordre de 50C.

Le circuit de pompe à chaleur est constitué, comme décrit en référence à la figure 3, par une source froide 22, par un compresseur 24, une source chaude 26, un échangeur intermédiaire 30 et une turbine 28. Dans lecas où le fluide de la pompe à chaleur est un gaz, par exemple le fréon, la turbine 28 est remplacée par une tuyère.

Cette pompe à chaleur fonctionne d'une manière identique à celle de la figure 3. Un fluide tel que le fréon ou l'eau circule entre la source froide 22 et la source chaude 26. Il se vaporise au contact de la source froide, puis il est comprimé par le compresseur 24, ce qui a pour effet d'augmenter sa température. Il cède ensuite sa chaleur latente de condensation Q1 à la source chaude 26 en se condensant.

La source froide 22 est constituée par l'échangeur partiel 12 de l'installation de distillation. En effet, le reflux se vaporise dans le corps de chauffe 8 en absorbant de la chaleur latente qu'il perd dans le condenseur 12. Il fournit par conséquent une quantité de chaleur Q2 qui est absorbée dans l'échangeur 12 par la vaporisation du fluide de la pompe à chaleur.

La source chaude 26 apporte, en régime permanent, la totalité des calories nécessaires à la distillation par la circulation du fluide, généralement de la vapeur d'eau de la pompe à chaleur.

On apporte ainsi une quantité de chaleur Q1 qui est égale à la quantité de chaleur Q2 absorbée à la source froide augmentée du travail mécanique W fourni au fluide par le compresseur 24.

On donne ci-après, un exemple chiffré de réalisation d'une installation de distillation conforme à l'invention.

Le fluide de la pompe à chaleur pénètre dans l'échangeur partiel 12 à une température de 68,70C sous forme de liquide mélangé à de la vapeur. Dans cet échan geur, il absorbe de la chaleur et ressort à une température de 81,5 C sous forme de vapeur. Il pénètre ensuite dans l'échangeur 30 où il subit un préchauffage qui amène sa température à 86,5 C. La température et la pression de cette vapeur sont ensuite augmentées par le compresseur 24 : la pression passe de 300 à 800 millibars, et la température de 86.5 C à 182,5 C. La vapeur pénètre dans l'échangur 26 où elle abandonne une partie de sa chaleur en se condensant. Le liquide qui résulte de cette condensation possède une température de 91,5 C et une pression qui est toujours de 800 millibars. Il pénètre alors dans l'échangeur 30 dont il ressort à 89,5 C. La chaleur cédée est utilisée pour le préchauffage de la vapeur.Le liquide refroidi qui sort de l'échangeur 30 est ensuite détendu jusqu'à une pression de 300 millibars. Par suite de cette détente, il se vaporise partiellement. D'autre part, sa température s'abaisse jusqu'à 68,7 C, température à laquelle il est réintroduit dans l'échangeur 12. Le cycle se poursuit.

On a représenté sur la figure 5, un diagramme enthalpique du cycle décrit par le fluide de la pompe à chaleur. On remarque sur ce diagrame les positions successives a, b, c, d, e, f du fluide. On a considéré que la compression qui correspond au passage du point b au point c, et la détente, qui correspond au passage du point e au point f sont isentropiques. On peut ainsi déterminer de proche en proche les enthalpies des différents points du evele. Ces enthalpies ont été résumées dans le tableau ci-joint.

Compte tenu de des différentes enthalpies, la chaleur cédée per la sourte chaude au niveau du bouilleur est : O1 = 587,1 kilocalories par silogramme. Le travail de compression fonrai an niveau du compresseur 24 est :
W = 43,5 kilocalories par kilogramme.

On obtient ainsi un coefficient de performence
On thferlgue : Q1
W = 13,5.

En réalité, compte tenu du rendement du compresseur, qui est de 0,75, le coefficient de performance réel est de 10 environ.

La-différence entre la chaleur fournie et la chaleur disponible, soit 30 kilocalories par kilogramme, correspond au travail de séparation eau-alcool.

La différence entre la chaleur disponible et la chaleur récupérée est due aux pertes, soit 10-2 kilocalories par kilogramme. Ces pertes proviennent des sorties à 200C, soit 52 kilocalories par kilogramme, et du fait que l'on comprime le fluide de la pompe à chaleur plus qu'il n'est nécessaire, ce qui a pour effet de fournir un excédent de chaleur au bouilleur.

Dans ces conditions, le bilan global de l'ins- tallation, exprimé en kcal/kg d'alcool produit, est le suivant
Chaleur fournie - à l'échangeur 32 : 306 - à l'échangeur 34 : 775 - au bouilleur 8 : 1711 - au compresseur 24 s 132
T O T A L 2924
Chaleur disponible - à l'échangeur 32 : 306 - à l'échangeur 34 : 775 - à la source chaude 26 r 1761 - pertes aux sorties des échangeurs
32 et 34 52
T O T A L 2894
Chaleur récupérée - dans l'échangeur 32 :: 306 - dans l'échangeur 34 s 775 - dans le bouilleur 8 .. 1711
T O T A L 2792
Il convient de remarquer que les valeurs données pour les chaleurs fournies à l'échangeur 32 et au bouilleur 34 dépendent de la technologie des échangeurs utilisés, et de la pression de travail résultant de la nécessité de pomper le distillat.

L'installation conforme à l'invention doit être alimentée en énergie mécanique pendant la phase de régime, afin d'assurer le fonctionnement de la pompe à chaleur.

Cette alimentation en énergie peut être assurée de plusieurs façons notamment - par fourniture d'électricité (utilisation d'une moto
pompe), - par fourniture de gaz sous pression (généralement va
peur d'eau) actionnant la turbopompe. Cette vapeur est
alors produite à l'aide d'un combustible chimique ou
nucléaire.

Pour ce qui concerne le combustible chimique, une variante intéressante consiste à ré-alimenter l'installation avec une partie du débit de sortie (environ 40% de l'alcool produit). Suivant l'installation, l'alimentation peut se faire en phase liquide par prélèvement après condenseur de sortie, soit en phase vapeur, par prélèvement après le condenseur partiel, et sur la sortie vapeur de celui-ci.

Lors de la phase de démarrage de 11 installation de distillation, la source d'énergie fournit la puissance nécessaire pour un débit d'alimentation limité. Le régime de température s'établit alors dans l'installation, et la pompe à chaleur est progressivement mise en service, évacuant la puissance du condenseur et assurant une circulation convenable des phases.

La puissance recueillie est évacuée par la pompe à chaleur progressivement mise en route par une turbine mue par la source d'énergie et couplée au compresseur
En régime permanent, l'intégralité de la puissance du réacteur est fournie au compresseur.

Dans l'hypothèse d'une production d'alcool équivalente à la totalité de la consommation d'essence automobile, la puissance installée nécessaire serait de 837 mégawatts thermiques. Cette puissance correspond à une seule installation nucléaire de petite taille, environ 1100 mégawatts.

L'énergie récupérée à la tonne d'alcool est de l'ordre de 7.106 kilocalories. Dans le cas où cet alcool serait utilisé dans des moteurs présentant un meilleur rendement, l'énergie économisée serait d'environ 116 kilocalories par tonne. Compte tenu de l'énergie dépensée pour produire une tonne d'alcool, soit environ 2,65.l06 kilocalories par tonne, le gain sur l'ensemble du processus est de 33,8%, ce qui correspond à un rendement global de 1,8. De tels rendements peuvent être obtenus d'une manière théorique. Cependant, en pratique, on peut être conduit à limiter, pour des raisons économiques, la dimension des échangeurs. En conséquence, on pourra se rapprocher des rendements indiqués ci-dessus en réalisant un compromis entre le coût de l'installation et ses performances.

T A B L E A U

<SEP> Pression <SEP> Température <SEP> Enthalpie <SEP> Entropie
<tb> <SEP> ( C) <SEP> (Kcal/kg) <SEP> (Kcal/kg.grd)
<tb> vapeur <SEP> a <SEP> 300 <SEP> mbar <SEP> 81,5 <SEP> ha <SEP> = <SEP> 632,8
<tb> vapeur <SEP> b <SEP> 300 <SEP> mbar <SEP> 86,5 <SEP> hb <SEP> = <SEP> 635,15 <SEP> 1,8796
<tb> vapeur <SEP> c <SEP> 800 <SEP> mbar <SEP> 182,6 <SEP> hc <SEP> = <SEP> 678,7 <SEP> 1,8796
<tb> liquide <SEP> d <SEP> 800 <SEP> mbar <SEP> 91,5 <SEP> hd <SEP> = <SEP> 91,5
<tb> liquide <SEP> e <SEP> 800 <SEP> mbar <SEP> 89,15 <SEP> he <SEP> = <SEP> 89,15 <SEP> 0,2824
<tb> liquide <SEP> + <SEP> f <SEP> 300 <SEP> mbar <SEP> 68,7 <SEP> hf <SEP> = <SEP> 88,36 <SEP> 0,2824
<tb> vapeur <SEP> titre <SEP> de <SEP> vapeur <SEP> x <SEP> = <SEP> 0,035
<tb>

Claims

cool, caractérisé en ce qu'on utilise une pompe à chaleur pour fournir au fond (13) la totalité de la puissance thermique nécessaire au travail de séparation de l'eau et de l'alcool, l'échangeur (12) constituant la source froide (22) de la pompe à chaleur et le fond (13), sa source chaude (26).

permettre le travail de séparation de l'eau et de l'al-

étant réalisé au fond (13) du bouilleur (8) pour

constituant l'alcool distillé, un apport de calories

dans l'alimentation (1), l'autre partie du condensat

ainsi formé, dite liquide de reflux, étant réintroduite

ment dans un échangeur (12), une partie du condensat

étant extrait de la tete (11), puis condensé partielle

fond (13) du bouilleur (8), un débit de vapeur d'alcool

(11) du bouilleur tandis que le liquide descend vers le

bouilleur (8), les vapeurs d'alcool montant en tete

1. Procédé de distillation pour la production d'alcool à partir d'un fermentat, dans lequel - on introduit le fermentat à distiller (1) dans un

REVENDICATIONS
2. Installation de distillation pour la production d'alcool à partir d'un fermentat, du genre de celles qui comportent un bouilleur (8) dans lequel on introduit le fermentat (1) à distiller, les vapeurs d'alcool montant en tête (11) du bouilleur tandis que le liquide descend vers le fond (13) de celui-ci, un débit de vapeurs d'alcool étant extrait tde la tête (11) puis condensé partiellement dans un échangeur (12), une partie du condensat ainsi formé, dite liquide de reflux, étant réintroduite dans l'alimentation (1), l'autre partie du condensat constituant l'alcool distillé, un apport de calories étant réalisé au fond (13) du bouilleur (8) pour permettre le travail de séparation de l'eau et de l'al- cool, caractérisée en ce qu'une pompe à chaleur fournit au fond (13) la totalité de la puissance thermique néces saire au travail de séparation de l'eau et de l'alcool, l'échangeur (12) constituant la source froide de la pompe à chaleur et le ònd (13) sa source chaude
3. Installation de distillation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la pompe à chaleur comporte une source froide (22) , un compresseur (24), une source chaude (26), une turbine (28) et un échangeur in- termédiaire (30) dans lequel une partie de la chaleur contenue dans le liquide sortant de la source chaude (26) est récupérée afin de préchauffer la vapeur sortant de la source froide (22) avant son introduction dans le con presseur (24).
4. Installation de distillation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des échangeurs t32 et 34) -dans lesquels le fermentat est préchauffé avant son introduction dans le bouilleur (8) par récupération des calories contenues respectivement dans les vapeurs d'alcool sortant de l'échangeur (12) et dans l'eau de rejet sortant du fond (13).
5. Installation de distillation selon l'une quelconque des revendications 2 a 4, caractérisée en ce que le compresseur (24) est entraîné par une turbine à vapeur, ladite vapeur étant produite par un réacteur nu nucléaire.
6. installation de distillation selon l'une quelconque des revendications 2 è 4Q, caractérisée en ce que le compresseur (24) est engsrasne par un moteur electrique.
7. Installation de distillation selon laune quelconque des revendications 2 a 4, caractérisé en ce que le compresseur (24) est entraîné par une turbine à vapeur, ladite vapeur étant produite à l'aide d'un com- bustible chimique.
8. Installation de distillation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les échangeurs (32 et 34) sont des échangeurs à plaques.
9. Installation de distillation selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que le bouilleur (8) est constitué par une colonne à plateau.