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Régulation de pression d'une colonne de distillation

La conduite précise et efficace d'une opération de distillation suppose que la pression de celle-ci soit maintenue rigoureusement constante.
Les perturbations pouvant affecter la pression sont:
 - les variations de composition ou de débit de l'alimentation
 - les variations de température extérieures ou de fluide de refroidissement
 - ...
Les variations de pression modifient le profil de température, perturbent le trafic vapeur, et in fine la qualité de la séparation.
La pression d'une colonne de distillation comme toute capacité contenant un gaz ou des vapeurs, dépend de la quantité de gaz présente dans le volume de la capacité. La particularité d'une colonne de distillation est qu'un flux continu de vapeur est généré par le rebouilleur, qui chemine vers le condenseur pour être condensé. Pour que la pression de la colonne soit stable, il faut que le débit molaire de vapeur condensée soit rigoureusement égal au débit molaire de vapeur généré par le rebouilleur. Tout déséquilibre dans ce bilan provoquera une augmentation ou une diminution de la pression.
Les différentes méthodes présentées ici pour réguler la pression d'une colonne de distillation, cherchent toutes à faire varier la capacité de condensation du condenseur.

Ajustement de la teneur en gaz inerte

La présence de gaz non condensable dans le condenseur affecte sa capacité de condensation. Il agira de deux manières:
1- si sa répartition est homogène dans les vapeurs condensables, il abaisse leur pression partielle et donc la température de condensation. Pour conserver à l'échangeur sa capacité, la pression totale doit être augmentée.
2- s'il est accumulé à une extrémité du condenseur, la surface d'échange thermique accessible aux vapeurs condensables sera réduite. La pression totale devra être augmentée pour élevé la température de condensation et ainsi accroitre l'efficacité thermique de la surface d'échange restant accessible.
Si un flux continu de gaz non condensable parvient au condenseur en provenance de l'alimentation par exemple, il devra être éliminé en continu (évent) pour éviter son accumulation dans le ballon de distillat et l'échangeur. La pression de la colonne augmentera si le débit de purge est insuffisant et diminuera si le débit de purge est trop important.
Si le flux continu de gaz non condensable est insuffisant, il faut en introduire.
La régulation de pression agira en split range sur la vanne de purge et la vanne d'introduction de gaz non condensable. Un léger recouvrement des plages d'action du régulateur est recommandé. La réaction d'un tel système est généralement assez rapide.
Le gaz introduit sera en contact avec le liquide distillé. Il doit donc être compatible avec lui, sans provoquer ni réaction, ni mélange dangereux, ni pollution.
Avec cette configuration, pour être efficace, le gaz non condensable doit pouvoir cheminer librement de l'échangeur vers le ballon et inversement.
Cette méthode est applicable aussi bien pour les distillations en pression que celles sous vide. Dans ce dernier cas, l'évent est orienté vers l'aspiration du groupe de vide, et le gaz inerte d'appoint peut provenir de son refoulement.

Ajustement du niveau liquide du condenseur

La capacité de condensation de l'échangeur dépend de la surface exposée aux vapeurs. L'échange thermique avec un liquide est moins efficace qu'avec une vapeur condensable. Maintenir la surface d'échange partiellement noyée dans le condensat liquide permet d'ajuster la surface disponible pour la condensation.
La régulation de pression agit sur le débit d'évacuation des condensats du condenseur pour maintenir un niveau liquide. Une tuyauterie d'équilibrage entre la tête de la colonne et le ballon de distillat permet de maintenir une pression identique entre les deux.
Cette méthode n'est applicable que si aucun gaz incondensable n'est à évacuer.
Cette méthode est particulièrement utile si une condensation fractionnée doit être évitée (mélange eau-ammoniac par exemple).

Ajustement du fluide refroidissant

La capacité d'échange thermique est fonction du profil thermique des fluides impliqués. La capacité du condenseur peut être ajustée en agissant sur le débit de fluide de refroidissement. En le réduisant, sa température moyenne augmentera, réduisant la capacité d'échange thermique.
Cette méthode n'est pas applicable dans tous les cas. En cas de faible trafic dans la distillation, la température du fluide refroidissant s'élèvera pour approcher la température de condensation. Cette méthode sera à éviter si le fluide refroidissant risque d'atteindre des températures excessives (formation de dépôts encrassants par exemple). Si le refroidissement est assuré par un aérotherme, la régulation de pression peut agir sur la vitesse de rotation du ventilateur.
Cette méthode peut avoir un temps de réaction assez long fonction de l'inertie thermique des équipements.



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