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).