Séchage des liquides

L'eau peut se présenter sous deux formes apparentes:
- l'eau libre, c'est-à-dire celle qui peut forme une phase distincte, que l'on peut éventuellement séparer par décantation
- l'eau solubilisée, c'est-à-dire celle qui est invisible à l'oeil nu, parfaitement mélangée, ne formant qu'une seule phase

Solubilité de l'eau dans les hydrocarbures

Azéotropes eau-hydrocarbures

Lorsque les données ne sont pas disponibles ou pour les mélanges complexes on peut utiliser l'équation suivante:
log(x) = -(4200H/C + 1050)(1/TK - 0,0016)
avec:
x: solubilité de l'eau en fraction molaire
H/C: ratio poids hydrogène sur carbone dans l'hydrocarbure
T: température absolue en Kelvin

Distillation azéotropique

De nombreux composés forment avec l'eau des azéotropes qui interdisent leur déshydratation complète par distillation. C'est le cas par exemple de l'Ethanol ou la plupart des alcools ou cétones.
Dans la distillation azéotropique, un troisième composé est introduit comme entraineur. Pour être efficace, il doit former un azéotrope à minimum avec au moins un des composés à séparer.
Ne pouvant être lui-même séparé du composé entrainé par distillation, il doit si possible former deux phases liquides après condensation pour être recyclé vers le fractionnement. A défaut il devra être séparé par extraction liquide-liquide.
L'entraineur doit aussi être suffisament volatil pour être strippé du produit de pied de la distillation.
Cette méthode est employée pour séparer l'eau et l'éthanol. Du benzène est utilisé comme entraineur qui forme un azéotrope ternaire (ébullition à 64,6°C à P atmosphérique) contenant 74,1% de Benzène, 18,5% d'Ethanol et 7,4% d'eau).
Après condensation, il se forme deux phases liquides:
- la phase supérieure riche en Benzène (86%) contient également 13% d'Ethanol et 1% d'eau
- la phase inférieure riche en Ethanol (52%) et en eau (43%) contient également 5% de Benzène.
La phase riche en Benzène est recyclée dans la colonne comme reflux.
La phase riche en eau est extraite et peut être traité à nouveau par distillation pour extraire l'Ethanol et le Benzène.
L'Ethanol sec est donc récupéré en pied de distillation.

Séchage par refroidissement et décantation

La solubilité de l'eau diminue généralement avec la température.
La teneur en eau dissoute dans un liquide peut être réduite par refroidissement du liquide à sécher aussi bas que possible. De l'eau libre apparait qu'il suffit de retirer par décantation. La décantation peut être accélérée en faisant passer le liquide au travers d'un coalesceur qui augmentera la taille des gouttes d'eau formées.
Cette méthode est fréquemment employée pour:
- protéger un catalyseur sensible à l'eau libre
- présécher un liquide avant traitement sur tamis ou alumine activée

Séchage par pervaporation

La pervaporation est une technique de séparation de liquides en solution.
L'un des constituants (le pervaporat), traverse préférentiellement une membrane et s'évapore à la face aval.
La sélectivité est obtenue par l'affinité du matériau de la membrane pour le composant qui la traverse. Les éventuels azéotropes pouvant se former entre les composants n'interviennent pas dans la séparation.
Les membranes peuvent être de type composite polymère ou de type céramique.
Les membranes composites polymères sont constituées d'une couche d'alcool polyvinylique réticulé déposé sur un substrat poreux. Elles peuvent être utilisées jusqu'à une température de 110°C, mais résistent mal aux acides.
Les membranes constituées de silice micro poreuse peuvent être utilisées jusqu'à une température de 240°C et en milieu acide.
Cette technique est applicable pour:
- le séchage de solvants
- l'élimination d'eau dans un milieu réactionnel (estérifications, condensations, ...)
- la déshydratation d'alcools
- ...

Séchage sur tamis moléculaire

Les tamis moléculaires sont des Alumino-Silicates critallisés de telle manière qu'ils forment une structure moléculaire poreuse dont les diamètres de pores sont parfaitement définis.
On distingue ainsi des tamis nommés:
- 3A pour une diamètre de pore de 3 Angstrom (0,0003 microns)
- 4A ...
- 5A ...
Cette taille de pore leur confère une grande sélectivité dans l'adsorption des molécules plus petites que le diamètre des pores du tamis.
Le tamis 3A présente la plus grande sélectivité pour l'eau.
Un tamis moléculaire est capable d'absorber environ 10% de son poids en eau.
Il est régénéré par passage d'un gaz sec à 200°C.

Séchage sur alumine activée

L'alumine activée est une forme d'oxyde d'Aluminium:
- très poreuse (0,5cm3/g)
- à surface spécifique élevée (350m2/g)
Elle est capable d'adsorber préférentiellement les substances polaires contaminant les liquides ou les gaz.
Elle est fournie sous forme de billes de 2 à 6,5 mm de diamètre. Des billes de 2 à 3 mm sont recommandées pour le séchage de liquides.
La capacité d'adsorption est la quantité de contaminant que l'alumine peut adsorber.
Pour les liquides elle augmente avec:
- la concentration du contaminant
- son poids moléculaire
Elle diminue quand augmente:
- la température
- la concentration en autres substances également adsorbables.
On distingue la capacité d'adsorption:
- statique:
C'est la quantité de contaminant que contient l'adsorbant en équilibre avec le flux traîté.
Elle est décrite par des isothermes d'adsorption:
à 25°C:

========================================
Hum. relative %  10  20  40  60  80  100
---------------  -----------------------
% eau adsorbée    5  10  15  20  30   40
========================================

- dynamique
C'est la capacité réellement utilisable en exploitation. Elle est environ 1/3 de la capacité statique.
La régénération est faite par passage d'un gaz chaud (200 à 300°C) et sec.

Séchage sur déssicant solide

Certain sels anhydre sont si avides d'eau qu'ils sont capables d'assécher considérablement le millieu qui les entourent.
Leur régénération peut être parfois difficile et cet usage est souvent réservé aux applications de laboratoire.
Citons par ordre d'efficacité décroissante: