Les colonnes de distillation : principe, caractéristiques techniques et applications

Les colonnes de distillations sont des éléments essentiels de l’alambic. En effet, elles permettent à ce dernier de fonctionner correctement et de séparer un mélange en suivant quelques étapes. Tout d’abord, le mélange est chauffé puis refroidit. C’est le principe même de la distillation. Mais à quoi servent vraiment les colonnes de distillation ? Quelles sont leurs caractéristiques ? Dans quel domaine peuvent-elles être appliquées ? Découvrez-en plus à leur propos dans ce qui suit !

Principe de la colonne de distillation

Les colonnes de distillation sont aussi connues sous l’appellation « colonnes de rectification ». Comme son nom le laisse supposer, son principe est simple : il assure la distillation. Concrètement, le rôle de la colonne de distillation est de rendre possibles les échanges de matière et d’énergie entre la phase gazeuse et la phase liquide du mélange. Il s’agit des unités de séparation les plus populaires dans le domaine de l’industrie chimique.

Ces installations sont dotées d’ « internes » qui sont placés à l’intérieur d’une colonne verticale. Ces internes assurent ensuite le contact entre le liquide et le gaz afin d’atteindre l’équilibre de composition. Les internes peuvent être catégorisés en 3 types selon sa technologie et ses caractéristiques techniques : les internes à technologie à plateaux, le garnissage qui peut être en vrac ou structuré. Plus de détails à leur propos seront abordés plus bas.

Les domaines d’application

Comme la distillation est un procédé indispensable dans diverses industries, les colonnes de distillation ont un vaste domaine d’application. En effet, elles peuvent être utilisées en :

• Chimie ;
• Chimie fine ;
• Pharmacie ;
• Fabrication d’engrais ;
• Séparation des masses ;
• Extraction.

Tous les procédés qui nécessitent la séparation physico-chimique d’un mélange requièrent l’usage d’une colonne de distillation.

Caractéristiques techniques des colonnes de distillation et des internes

Les colonnes de distillation peuvent avoir des dimensions variées selon les besoins de chaque entreprise. En effet, elles sont généralement fabriquées sur mesure. Côté longueur, elles peuvent atteindre les 40 mètres et avoir un diamètre allant jusqu’à 6,5 mètres. En ce qui concerne la matière à partir de laquelle elles sont fabriquées, sachez que les colonnes de distillation peuvent être faites en : Acier inoxydable, Alliage nickel, Duplex et Uranus.

Comme mentionné plus haut, les internes de colonnes de distillation peuvent se décliner en divers types selon la technologie employée :

• La technologie à plateaux – elle est généralement utilisée pour traiter des débits importants de composés et pour réaliser une distillation à plus grande échelle. Les colonnes à plateaux offrent plus d’efficacité lorsqu’il s’agit d’approcher au mieux un équilibre de composition entre une phase gazeuse et une phase liquide.

• Le garnissage – ce procédé permet d’avoir des colonnes dites « garnies ». Il peut être « structuré » ou de « vrac ». Le garnissage est surtout utilisé dans le domaine de la chimie du fait qu’il augmente la surface d’échange entre les deux phases (gazeuse et liquide).

Le garnissage structuré est un équipement métallique composé de plusieurs couches de tricot ondulé. En général, il a soit un profil circulaire, soit rectangulaire. En ce qui concerne le garnissage vrac, il est rempli de plusieurs anneaux métalliques.

Comment sont-elles fabriquées ?

La fabrication des colonnes de distillations s’effectue selon plusieurs étapes. La plus importante se rapporte au dimensionnement qui se décline en deux phases : le dimensionnement chimique et le dimensionnement physique.

Le dimensionnement chimique correspond à ce que les professionnels appellent « dimensionnement théorique ». Cette étape consiste à déterminer tous les composants de la colonne ainsi que le nombre d’étages théoriques.

Pour ce qui est du dimensionnement physique, il va répondre aux diverses caractéristiques déterminées lors du dimensionnement chimique. A ce stage, les professionnels font des choix technologiques (type d’internes, diamètre de la colonne, distributeurs, collecteurs…).

Une fois l’étape de dimensionnement passée et les plans de construction réalisés, les constructeurs peuvent lancer la fabrication.

Quels sont les avantages et les inconvénients de cette installation ?

Les industrielles peuvent profiter de nombreux avantages par rapport à l’installation de colonnes de distillation. En effet, elles permettent de séparer plusieurs composants de manière optimale. Ensuite, ce sont des équipements dotés d’une très grande flexibilité de débits, ce qui en fait une installation adaptée à tous les besoins. De plus, le risque d’encrassement est très faible avec une colonne de distillation et vous pouvez profiter d’un coefficient de transfert de masse élevé. En somme, les colonnes de distillation sont avantageuses de par leur rentabilité, leur compacité et leur efficacité.

Même si les colonnes de distillation sont un procédé industriel facile d’utilisation, elles présentent aussi un inconvénient majeur. Effectivement, du fait de leurs tailles, elles peuvent facilement devenir très encombrantes au sein de l’unité de production. Quoi qu’il en soit, une installation sur mesure est toujours possible selon les besoins et la situation au sein de chaque unité industrielle.