Distillation dans la production de biodiesel
Les colonnes de distillation peuvent intervenir à plusieurs étapes de la production de biodiesel, notamment lors des étapes de séparation et de purification. Une évaporation simple ou une vaporisation flash peut également être utilisée selon les différences de point d'ébullition entre les composants concernés. La séparation exploite les différences de point d'ébullition entre les composants à récupérer. Comprendre la manière dont les internes de colonne régissent cette séparation aide les opérateurs à interpréter ce qu'ils observent au niveau du procédé et à saisir pourquoi la maîtrise des apports et des retraits d'énergie est centrale pour l'obtention de performances régulières.
Plateaux : contact vapeur–liquide par étages
Les colonnes à plateaux assurent un contact vapeur–liquide par étages. Sur chaque plateau, le liquide s'écoule en travers d'une surface horizontale et par-dessus un déversoir avant de descendre par une descente de liquide, tandis que la vapeur monte à travers des orifices dans le plancher du plateau. Ce contact intime favorise le transfert de matière entre les phases. L'engorgement, qui survient lorsque les débits de liquide et de vapeur ne sont plus équilibrés, se reconnaît à l'augmentation marquée de la perte de charge dans la colonne dès son apparition. Un débit de vapeur trop faible provoque le pleurage, phénomène par lequel le liquide traverse les perforations du plateau au lieu de s'écouler en travers de celui-ci, ce qui réduit l'efficacité de la séparation.
Garnissages : séparation à contact continu
Les colonnes garnies constituent une alternative aux plateaux. Plutôt qu'un contact par étages, le garnissage offre une surface continue sur laquelle les films liquides descendent tandis que la vapeur monte. Le degré de séparation atteignable dépend des volatilités relatives des composants, de la hauteur de garnissage disponible et du taux de reflux. La hauteur de garnissage et le reflux sont des paramètres de conception et d'exploitation ayant des conséquences sur la séparation, la charge hydraulique, la consommation d'énergie et le coût. Le choix entre plateaux et garnissage suppose de mettre en balance la fonction de séparation, le débit traité, la tolérance à la perte de charge et les considérations d'investissement propres à l'application.
Fonctionnement du rebouilleur : le moteur énergétique
Le rebouilleur fournit la chaleur en pied de colonne afin de générer le flux de vapeur ascendant, tandis que le condenseur retire la chaleur en tête afin de produire le liquide de reflux qui redescend. Les débits de liquide et de vapeur à l'intérieur de la colonne sont donc directement contrôlés par les apports et les retraits d'énergie. Le reflux renvoie le liquide condensé en tête vers la colonne. Le taux de reflux met en relation ce débit renvoyé avec le débit de produit distillat, il ne s'agit pas simplement d'une quantité. Toute modification du reflux influe sur la charge interne, la consommation d'énergie et la séparation, dans les limites hydrauliques de la colonne. La régulation de la température et de la pression dans la section de séparation concerne des variables de procédé reconnues comme critiques dans la production de biodiesel.
Récupération du méthanol et considérations relatives au recyclage
Le méthanol est l'alcool privilégié pour la production de biodiesel en partie parce que, contrairement à l'éthanol, il ne forme pas d'azéotrope avec l'eau, ce qui rend sa récupération plus simple et moins énergivore. Le méthanol récupéré est recyclé afin de réduire les coûts d'exploitation et l'impact environnemental. La phase biodiesel après séparation du glycérol peut encore contenir du méthanol résiduel. Le guide de production décrit la récupération thermique et, dans les filières de lavage à l'eau, le transfert du méthanol résiduel dans les eaux de lavage. Les dispositifs de récupération effectifs varient. Le méthanol résiduel peut abaisser sensiblement le point d'éclair du carburant fini, la spécification de point d'éclair figurant dans la norme ASTM D 6751 limite donc également de fait la teneur en alcool résiduel à un niveau très faible.
Qualité du produit et traitements post-distillation
Le guide de production décrit la distillation sous vide et l'évaporation comme des opérations de raffinage possibles. Leur pertinence dépend de la matière entrante et du produit souhaité. De l'eau dissoute peut subsister après la séparation de l'eau visible, sa présence ne doit pas être confondue avec un résultat d'essai relatif à l'eau libre et aux sédiments. Le séchage approprié et la vérification analytique dépendent de la spécification produit applicable. La température et le temps de séjour jouent également un rôle, car une exposition thermique excessive peut dégrader le carburant. Un changement de couleur à lui seul n'établit pas de manière univoque un mécanisme chimique, et une étape de distillation ne démontre pas à elle seule la conformité complète du produit.
Distillation méthanol-eau
À la pression atmosphérique (101.325 kPa absolus), le méthanol et l’eau ne forment pas d’azéotrope, contrairement à l’éthanol et à l’eau. La distillation fractionnée peut enrichir le méthanol sans limite de pureté azéotropique. La pureté dépend néanmoins de la conception et du fonctionnement de la colonne, utiliser des données validées d’équilibre liquide-vapeur à la pression réelle.