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Colonne à paroi de séparation

Les opérations de distillation sont parmi les plus consommatrices d'énergie dans les industries de procédé. La nécessité de minimiser cette consommation conduit à imaginer des intégrations thermiques poussées des colonnes entre elles. Les colonnes à paroi de séparation (Dividing Wall Columns, ou DWC), font partie de ces outils.

Principe de fonctionnement

On trouve la première description d'une colonne à paroi de séparation dans un brevet datant de 1933 (E. W. Luster), puis une conception proche de celle qui se développe de nos jours, en 1946 (Richard Wright), mais aucune application industrielle n'a vu le jour avant 1985, quand la société Basf utilisa cette technique pour l'extraction et la purification du Butadiène.

Les colonnes à paroi de séparation permettent de séparer trois fractions dans une seule colonne.

Schéma courant d'une séparation en trois fractions par distillationLe schéma courant pour séparer trois fractions d'un mélange emploi deux colonnes:
  1. une première colonne extrayant la fraction la plus légère (ou la plus lourde)
  2. une deuxième colonne séparant les deux dernières fractions
Schéma alternatif de distillation pour séparer trois fractionsUn autre schéma, plus rarement employé car plus coûteux en investissement, utilise trois colonnes:
  1. un pré-séparateur produit une fraction légère et une fraction lourde, toutes deux contenant une partie de la fraction intermédiaire
  2. une colonne de production de la fraction légère
  3. une colonne de production de la fraction lourde
ces dernières produisant chacune une partie de la fraction intermédiaire, qui est ensuite rassemblée.

Schéma d'intégration des colonnes selon PetlukLes deux colonnes de production peuvent être rassemblées pour une meilleure intégration énergétique; la chaleur de condensation de l'une pouvant être utilisée à la place de la chaleur de rebouillage de l'autre (Petlyuk et al., 1965)


Représentation schématique d'une colonne à paroi de séparationMais l'ensemble des colonnes peut être réuni dans une colonne unique équipée d'une paroi interne
Les colonnes à paroi de séparation, sont utilisables lorsque:
  • la fraction intermédiaire est en excès par rapport aux deux autres, et les fractions lourdes et légères sont en quantités équivalentes (ex: légère/inter/lourde 20/60/20)
  • les volatilités relatives des fractions légère/inter et inter/lourde sont équivalentes
Elles ne sont pas utilisables si des pressions différentes doivent être appliquées pour effectuer la séparation.

Leur intérêt est moindre si l'apport de chaleur économisé provient d'une source à basse température difficile à valoriser autrement.

Le coût d'investissement comme la consommation énergétique peut être 30% inférieure à un ce qu'ils seraient selon un schéma conventionnel nécessitant deux colonnes.

Ce concept peut être appliqué aussi bien pour des équipements nouveaux que pour réutiliser des équipements existants.

Les colonnes à paroi de séparation peuvent aussi bien être équipées de garnissages que de plateaux.

Paramètres de conduite

L'objectif étant de maîtriser la qualité des trois fractions produites, trois variables indépendantes seront nécessaires.
Quatre paramètres sont ajustables:
  1. la chaleur apportée au rebouilleur
  2. le débit de soutirage de la fraction légère
  3. le débit de soutirage de la fraction intermédiaire
  4. la répartition du reflux entre les deux cotés de la paroi
Le quatrième paramètre sera utile pour optimiser la consommation énergétique de la colonne.


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