4.2 Extraction à courants parallèles. (en discontinu)

Contact multiple : 4.2 Extraction à courants parallèles. (en discontinu) Chaque extraction correspond à un étage Plusieurs extractions successives (mise en contact alimentation et solvant – agitation – décantation –séparation des phases extrait et raffinat) On distinguera deux cas d'étude: 4.2.a Solvant et diluant NON MISCIBLES 4.2.b Solvant et diluant PARTIELLEMENT MISCIBLES

4.2.a Extraction à courants parallèles: non miscibilité totale entre solvant B et diluant A Les différents raffinats ne sont constitués que de soluté C et de diluant A La masse a de diluant présent dans l'alimentation se conserve dans les raffinats De même, dans les extraits constitués que de soluté C et de solvant B, on retrouve la masse b de solvant introduit à chaque étage On sera donc amené à définir la fraction massique du soluté dans le raffinat et l'extrait, non pas par rapport à la masse du raffinat ou de l'extrait, mais par rapport à la masse du diluant contenu dans le raffinat ou du solvant contenu dans l'extrait.

On exprime le titre massique ou la fraction massique du soluté C dans l’extrait E i par rapport au solvant pur dans l’alimentation F ou le raffinat R i par rapport au diluant pur c F masse de soluté dans F a masse de diluant dans F c R i masse de soluté dans R i a masse de diluant pur dans R i C E i masse de soluté dans E i b masse de solvant

Pour un mélange binaire (alimentation F) constitué de 60 kg de diluant A et de 40 kg de soluté C: Fraction massique du soluté par rapport à la masse f totale du mélange c F masse de soluté dans F f masse de F Fraction massique du soluté par rapport à la masse a du diluant contenu dans F c F masse de soluté dans F a F masse de diluant A dans F Deux façons de « décrire » la composition d'un mélange

Extraction à courants parallèles: non miscibilité totale entre solvant et diluant B pur masse b a, X 1 b, Y 1 1 A (masse a) C (X F ) Le solvant est constitué de B pur de masse b Après mélange et décantation, présence de deux phases : le raffinat R 1 qui contient a kg de diluant A (non miscible à B) et du soluté C de fraction massique par rapport au diluant pur X 1 = masse de C dans A(R 1 ) l’extrait E1 qui contient du solvant B (non miscible à A) et du soluté C de fraction massique dans solvant pur Y 1 = masse de C dans B(E 1 ) L’alimentation F est constituée de diluant A (masse a) et de soluté C (fraction massique dans diluant pur

B pur masse b a, X 1 b, Y 1 1 A (masse a) C (X F ) Extraction à courants parallèles: non miscibilité totale entre solvant et diluant Après la première extraction on rajoute du solvant frais B (masse b) au raffinat R 1 issu de l’extraction 1 constitué de diluant A (masse a) de soluté C (fraction massique X 1 de soluté par rapport au diluant pur)) B pur masse b b, Y 2 a, X 2 2 FIG. 4.8

Extraction à courants parallèles: non miscibilité totale entre solvant et diluant BILAN de MATIERE pour l’étage 1 a*X F = a*X 1 + b*Y 1 (1) - b*Y 1 = a*(X 1 – X F ) => représente la pente d’une droite reliant les points (X F, 0) et (X 1,Y 1 ) appelée droite opératoire X 1 - X F < 0 (appauvrissement en soluté) pendant que l’extrait s’enrichit en soluté Conservation de la masse de soluté a, X 1 B pur masse b b, Y 1 1 A (masse a) C (X F )

Question 1: Connaissant les masses et les compositions de l’alimentation, du solvant rajouté à chaque étage la composition du raffinat final à obtenir X final déterminer le nombre d’étages théoriques de l’unité d’E L L (NET) Combien d’extractions « successives » (chacune correspondant à un étage théorique) faut-il réaliser pour obtenir le raffinat final imposé? OU

YiYi XiXi Soit la courbe de partage Y i = f(X i ) connue (ensemble des points représentant l’équilibre entre le raffinat de fraction massique en soluté X i, d’une part, et l’extrait « conjugué » de fraction massique en soluté Y i, d’autre part. Cette courbe n’est pas nécessairement une droite Fraction massique de soluté dans l’extrait (phase riche en solvant) Fraction massique de soluté dans le raffinat(phase riche en diluant) Courbe de partage ou de distribution y =x (1 ère bissectrice) On donne également la courbe de partage P (plait point) FIG. 4.9

YiYi XiXi Sur l’axe des X i plaçons le point F (X F, Y=0), représentant l’alimentation. F XFXF La droite opératoire de pente issue du point F coupe la droite de partage en M 1 (X 1, Y 1 ) M1M1 X1X1 Y1Y1 X 1 :fraction massique de soluté dans le raffinat R 1 (par rapport au diluant pur) Y 1 :fraction massique de soluté dans l’extrait E 1 en équilibre (conjugué) avec R 1 X final Droite opératoire correspondant à l'étage 1 de pente: Courbe de distribution

YiYi XiXi F XFXF M1M1 X1X1 Y1Y1 Le raffinat R 1 (masse a de diluant) sera traité par du solvant frais de masse b pour aboutir à un mélange M 2 (X 2 et Y 2 : respectivement fractions massiques de soluté dans le raffinat R 2 et l’extrait E 2 « conjugué ») Refaire le même tracé qu’auparavant avec une pente X final M2M2 X2X2 Y2Y2

On poursuit la construction jusqu’à M 3 (X 3 <X final ) : le nombre d’étages est de 3 (NET = 3) Si la masse de solvant change à chaque étage, les droites opératoires ne sont plus parallèles M3M3 Y3Y3 YiYi XiXi F XFXF M1M1 X1X1 Y1Y1 X final M2M2 X2X2 Y2Y2 FIG 4.10

4.2.b Extraction à courants parallèles: miscibilité partielle entre solvant et diluant RESOLUTION PAR LE DIAGRAMME TRIANGULAIRE

Question 1: Connaissant les masses et les compositions de l’alimentation, du solvant rajouté à chaque étage Trouver les compositions et les masses de l’extrait et du raffinat après trois extractions successives (3 étages) S n’est pas constitué de solvant B pur S S S n’est pas constitué de solvant B pur: S ne se trouve pas en B sommet du triangle Données supplémentaires: Isotherme de solubilité et faisceau de conodales non représentées pour ne pas surcharger les diagrammes (pour pouvoir tracer d'autres conodales)

E1E1 R1R1 P C F B M1M1 A Fig S M2M2 M3M3 E2E2 R2R2 E3E3 R3R3 Extraction (3 étages) où solvant et diluant sont partiellement miscibles 1. Placer M 1 sur FS en appliquant le théorème des moments 2. Tracer la droite de conjugaison R 1 E 1 passant par M 1 4. Tracer la droite SR 1 5. Placer M 2 (mélange R 1 + S) voir (1.) 6. Tracer la conodale R 2 E 2 passant par M 2 etc Si on se fixe la fraction massique en soluté du dernier raffinat à obtenir R n, on poursuit le tracé jusqu’à obtenir au i ème étage un raffinat R i de fraction massique en soluté égale ou inférieure à celle de R n RnRn 3. Déterminer la composition et la masse de R 1 qui sera additionné d’une nouvelle quantité s de solvant