Transcript Exercices
Chapitre 3. Exercices SPCL - systèmes et procédés le T STL I. Le mélange eau-méthanol. Diagramme binaire du mélange eau-méthanol Dans tout l'exercice, on travaille à pression atmosphérique normale (1 atm soit 1,013 bar) et on considère un mélange eau-méthanol contenant 90% d'eau. 1. Rappeler la température d'ébullition de l'eau. 2. En déduire ce que représente x 1 . 3. Quelle est la température d'ébullition du méthanol ? 4. Quelle est la température d'ébullition du mélange ? 5. Quelle est la composition des vapeurs au début de l'ébullition du mélange ? 6. Quelle est la température de liquéfaction de ces vapeurs ? 7. Si on réalise une distillation fractionnée parfaite du mélange, qu'obtient-on comme distillat ? Et comme résidu ? 8. Lors de la réalisation de la distillation fractionnée du mélange, la température en tête de colonne est 67°C. 8.a. Quelle est la composition du distillat ? 8.b. Quelle est le pouvoir séparateur de la colonne à distiller ? II. Le mélange eau-éthanol. 1. Quelle est la différence fondamentale entre ce diagramme et le précédent ? 2. Quelle est l'espèce chimique n°1 et l'espèce chimique n°2 ? 3. Quelle est la plus volatile des deux ? 4. D'après le document, peut-on obtenir de l'éthanol pur par distillation fractionnée d'un mélange eau-éthanol contenant 80% d'eau ? Si oui, qu'obtient-on d'autre ? Si non, qu'obtient-on ? Az 0,04 Chapitre 3. Exercices le SPCL - systèmes et procédés T STL Éléments de correction. I. Le mélange eau-méthanol. er 86,5 1 plateau théorique 74 2 ème plateau théorique 3ème plateau théorique 67 4ème plateau théorique 64,75 0,1 0,45 0,94 Diagramme binaire du mélange eau-méthanol 1. θeb eau = 100°C . 2. x 1 représente la proportion de l'autre espèce chimique, c’est-à-dire la proportion de méthanol. 3. (construction en violet) θeb méthanol = 64,75°C ≈ 65 °C . 4. (construction en bordeaux foncé) θeb mélange = 86,5°C . 5. (construction en rouge) La composition des premières bulles de vapeur est (x 1 = 0,45) 45% de méthanol et 100 - 45 = 65% d'eau. 6. (construction en rose) La température de liquéfaction des premières bulles de vapeur est θeb = 74°C . 7. (construction en doré mais non finie) Si on réalise une distillation fractionnée parfaite du mélange, le distillat est (x 1 = 1) du méthanol pur et le résidu est de l'eau pure (x 1 = 0). 8.a. (construction en vert) Le distillat est constitué de (x 1 = 0,94) 94% de méthanol et 100 - 94 = 6% d'eau. 8.b. Le pouvoir séparateur de l'appareil à distiller est de 3 à 4 plateaux théoriques (dont 1 pour le bouilleur). Le pouvoir séparateur de la colonne à distiller est donc de 2 à 3 plateaux théoriques II. Le mélange eau-éthanol. Az 0,04 1. Contrairement au diagramme binaire précédent, celui-ci concerne un mélange présentant un azéotrope. 2. L'espèce chimique n°2 est l'eau, comme on le voit dans le titre et car 100°C correspond bien à la température d'ébullition de cette espèce chimique pure. L'espèce chimique n°2 est donc l'éthanol. 3. L'eau a une température d'ébullition de 100°C contre 78,3°C pour l'éthanol. Le plus volatil est donc l'éthanol. 4. (construction en rouge) On ne peut pas obtenir de l'éthanol pur par distillation fractionnée d'un mélange eau-éthanol contenant 80% d'eau car le mélange présente un azéotrope : le distillat est au mieux l'azéotrope (x 2 = 0,11 donc 4% d'eau et 96% d'éthanol) et le résidu est au mieux de l'eau pure (x 2 = 1 donc 100% d'eau).