Production d`éthanol anhydre à partir d`un jus de fermentation

Production d’éthanol anhydre à partir d’un jus de
fermentation
Fichier : etoh-sep
Le problème
L'utilisation du bio-éthanol comme auxiliaire de carburant dans les moteurs à essence nécessite un produit
anhydre. Or, l'éthanol forme avec l'eau un azéotrope, ce qui suppose d'utiliser des méthodes de séparation
particulières pour obtenir de l'éthanol pur ("alcool absolu").
Les méthodes de distillation traditionnelles des mélanges éthanol-eau sont très coûteuses en énergie. En
effet, dans les méthodes de distillation azéotropiques utilisées classiquement (avec du benzène ou du
cyclohexane), l’eau passe en tête de colonne avec le solvant : il faut donc payer la chaleur de vaporisation de
l’eau, ce qui est très défavorable lorsque l’on part d’un mélange pauvre en éthanol. C'est ainsi que le coût
énergétique de la séparation peut dépasser le potentiel énergétique de l'éthanol : ce qui est admissible
lorsqu'on veut utiliser l'éthanol produit comme solvant ou intermédiaire en chimie fine, devient totalement
rédhibitoire pour un simple combustible !
Le développement de méthodes de séparation plus économiques est donc très important pour permettre
l’exploitation du bio-éthanol. En particulier, le recours à l’extraction liquide-liquide semble intéressant.
Un solvant souvent envisagé pour cette séparation est le 2-ethylhexanol, totalement soluble avec l’éthanol
mais pratiquement insoluble dans l’eau.
Il est possible d’obtenir de l’eau très pure en raffinat de la colonne d’extraction, mais l’extrait (phase solvant,
qui entraîne l'éthanol) contiendra toujours une quantité non négligeable d’eau : la colonne d’extraction ne
peut être qu’une étape préliminaire de la séparation, permettant d’enlever l’essentiel de l’eau pour un coût
énergétique très faible. Cette opération sera donc suivie par une distillation extractive, où l’on utilise le
même solvant que pour l’extraction liquide-liquide (qui permet d’éviter l’azéotrope éthanol-eau). L’eau sort
préférentiellement en tête de la colonne, de telle sorte que le résidu ne contient plus qu’un mélange anhydre
d’éthanol et de solvant.
Travail à effectuer
Le fichier d’entrée Aspen qui vous est fourni donne des éléments de simulation de la colonne d’extraction
liquide-liquide et de la colonne de distillation extractive. La structure de ces deux colonnes (nombre de
plateaux, position des plateaux d’alimentation), ainsi que le débit de solvant alimentant la colonne
d’extraction
liquide-liquide,
ne
seront
pas
modifiés
dans
la
suite
de
l’étude.
L’éthanol produit doit contenir moins de 0,2% d’eau et moins de 0,1% de solvant (en fractions molaires).
On souhaite de plus que la fraction molaire en eau en tête de la colonne de distillation extractive soit proche
de 0,75 (expliquez pourquoi )
Il vous est demandé :
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d’exécuter le fichier fourni et d’en analyser les résultats,
de compléter ce fichier pour représenter l’ensemble du procédé,
de faire des suggestions simples d’intégration thermique et de les simuler,
de minimiser la consommation énergétique du procédé en fonction d'un ensemble variables de
décision judicieusement choisies
de comparer la quantité d’énergie mise en œuvre pour la séparation avec le potentiel énergétique de
l’éthanol fourni