ETUDE DE L’UNITÉ D’EXTRACTION DES AROMATIQUES ET CALCUL DE

1ères JOURNEES NATIONALES SUR LE TRATEMENT, LE STOCKAGE, LE TRANSPORT ET LA DISTRIBUTION DES HYDROCARBURES

ETUDE DE L’UNITÉ D’EXTRACTION DES AROMATIQUES ET CALCUL DE VÉRIFICATION DE LA SECTION DE FRACTIONNENT DE LA RAFFINERIE DE SKIKDA. Auteur : AMIOUR Samir, Ingénieur en génie des procédés option raffinage Faculté des hydrocarbures

Introduction : Avant l’avènement et l’essor de la pétrochimie, les hydrocarbures aromatiques n’étaient encore que des sous produits des installations où s’élaborait le coke métallurgique. Ce genre de production est devenu insuffisant pour deux raisons : 1- La demande du coke a beaucoup baissée. 2- La demande en hydrocarbures aromatiques n’a cessé de croître. De façon bien plus marquée. L’élaboration du coke utilisé ne permet pas d’obtenir la quantité nécessaire d’hydrocarbures aromatiques. C’est pour ces raisons que, depuis des années, la majeure partie de ces composés provient du pétrole. L’industrie du pétrole a mis en œuvre plusieurs méthodes de séparation des aromatiques, soit à partir des coupe lubrifiantes ou des coupes pétrolière légères. Parmi ces méthodes on a l’extraction liquide-liquide. L’extraction liquide-liquide est une technique de séparation qui met à profit les différences de solubilité des constituants d’une charge liquide homogène dans un solvant approprié. L’adjonction à la charge d’un solvant partiellement miscible provoque l’apparition d’une seconde phase liquide vers laquelle sont transférés, sélectivement les constituants les plus solubles. La séparation des phases par décontraction suivie de l’élimination du solvant qu’elles contiennent donne deux fractions dont les compositions dépendent des paramètres de l’extraction. On fait appel à l’extraction par solvant, lorsque la distillation seule ne peut offrir une solution économique satisfaisante. Dans le domaine pétrolier, l’extraction liquide-liquide est appliquée dans la dés aromatisation du gas-oil, du kérosène et des huiles lubrifiantes, le dés asphaltage des coupes lourdes et l’extraction des aromatiques BTX des fractions pétrolières légères. Pour qu’on ait une bonne extraction, il faut que le solvant utilisé garde ses deux principales caractéristiques : 1- Le pouvoir solvant. 2- La sélectivité. Dans mon sujet je vais présenter en détail une unité de traitement d’un groupe d’hydrocarbures dont les produits sont très recherchés sur le marché car ils présentent une importance primordiale dans l‘industrie pétrochimique. L’unité en question, située à la raffinerie de Skikda, est destinée à extraire des aromatiques contenus dans une charge légère, appelée reformât, provenant d’une unité de reforming catalytique. Cette unité à une capacité de production de 270000T/an d’aromatiques ; mais ces dernières années elle travaille à 50%de sa capacité. Ce manque de production est du au problème de régénération du solvant et au changement des caractéristiques de la charge.

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Notre travail consiste à vérifier la section fractionnement des aromatiques et étudier la dégradation du solvant. I) Généralité sur les hydrocarbures aromatiques : Les hydrocarbures aromatiques diffèrent des autres hydrocarbures par le fait qu’ils présentent un noyau aromatique, et le rapport CH est très élevé. Ils sont considérés depuis longtemps comme dérivant d’un hydrocarbure de base le Benzène. Le benzène a pour formule C6H6. Tous les hydrogènes y sont identiques car la substitution d’un seul des 6 hydrogènes par un radical ne fourni qu’un seul composé. La molécule doit être symétrique. La formule du benzène proposé par KUKULE est : H H

H

H

H

H Par substitution d’un hydrogène du benzène, on aura le Toluène. CH3

Si on substitue deux hydrogènes, on aura le Xylène. CH3 CH3

CH3 CH3

CH3 CH3 Méta xylène xylène

Orthoxylène

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Para

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Propriétés physiques : Les benzéniques ont tous une odeur agréable, d’où le nom d’aromatiques. A 20°c et la pression atmosphérique, ils sont d excellents solvants, insoluble dans l eau . Leur densité est inférieure à celle de l ‘eau. Ils sont toxiques. Ils attaquent les globules rouges et peuvent contaminer l’eau. 1) Seuil maximal des substances toxiques dans l’air par 8 heures de travail : Hydrocarbures Benzène Toluène Xylène D420

mg/m3 30 375 435

PPM 10 100 100

Benzène Toluène o-xylène p-xylène

879 866,9 880,2 861,0

Températur Températur Point e d’ébu e de fusion congéla. 80,1 5,52 5,4 110,6 -95 -85,7 144,4 -25,2 -28 138,4 -13,3 -13,14

m-xylène e-benzène

864,2 867,0

139,1 134,2

de Solubilité dans l’eau Insoluble // // // // // //

Formule brute C6H6 C6H5(CH3) C6H4(CH3) 2

-47,9 -95,0

-54,0 -92,8

// // // //

2) Source d’hydrocarbures aromatiques : Introduction : le développent considérable de la pétrochimie, lié à la croissance des industries de production de matière première élastique, fibres synthétiques, détergents et de nombreux autres produits de chimie organique demande chaque année des quantités plus importantes de matières première hydrocarbonés. Hors les gaz naturels et les fractions pétrolières obtenus après le fractionnement primaire du brut par distillation sont principalement constitués d’hydrocarbures saturés (Paraffine et Naphtène) dont la réactivité chimique s’avère médiocre. Pour cela il faut s’adresser à des hydrocarbures insaturés de nature aliphatique et aromatique, qui, en raison de leurs nombreuses possibilités réactionnelles, présentent sur le plan de synthèse organique une flexibilité d’emploi remarquable de vapocraquage. Le vapocraquage consiste en la pyrolyse d’hydrocarbures saturés. Exemple : le gaz naturel ou pétrole en présence de vapeur d’eau. Le vapocraquage produit en premier lieu l’éthylène ; mais aussi du Propylène et secondairement, selon la charge utilisée, une coupe sécante de butadiène et une coupe C5+ à forte teneur en aromatiques et plus particulièrement en Benzène.

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a) Le reforming catalytique a- 1. Définition : Aujourd’hui, la plus part des raffineries sont équipées d’un reformage catalytique, il sert à produire , à partir des coupe naphta, constitués principalement par les essences des distillation directe. a-2) Le procède de reformage catalytique : Le procède consiste donc en première approximation a produire des aromatique ayant de 6 à10 atomes de carbone , avec un max , n’en ayant que 7, 8 , 9 pour cela , on a des charges contenant des paraffines ou des naphtènes ayant un nombre équivalant d’atomes de carbones. b) Le steam cracking b-1) Definition : Parmi les nombreuses techniques de pyrolyse qui ont été expérimentées on a la pyrolyse des hydrocarbures mélangés à des vapeurs d’eau, dans des tubes chauffés par des brûleurs, constituant ainsi l’un des procédés les plus importants pour la production des hydrocarbures aromatiques. Cette technique s’appelle le steam cracking. b-2) Principe : La technique steam cracking consiste à faire placer, dans un serpentin à l’intérieur d’un four, un mélange d’hydrocarbures et de la vapeur d’eau portée à haute température ; ce qui va craquer les hydrocarbures et les produits de la pyrolyse seront trempés puis séparés. c) Méthodes physiques de séparation des aromatiques : Les principales techniques pour extraire avec un haut degré de pureté les composés aromatiques des essences produites soit par reformage catalytique soit par vapocraquage sont : La distillation, la cristallisation, l’adsorption, la distillation azéotropique, la distillation extractive et l’extraction par solvant. c-1) La distillation : Au cours de ses dernières années le fractionnement simple est resté d’un emploi très limité et n’a en fait été utilisé que pour la séparation de éthyle benzène et de l’ortho xylène. c-2) La cristallisation : Cette méthode ne s’applique qu’a deux aromatiques : le benzène (température de fusion 5,5°c ) et le para xylène (température de fusion 13,3°c) c-3) La cristallisation présente un intérêt économique certain pour le traitement à haute teneur en benzène (benzol houiller et corps C6 de pyrolyse ). Un tel procédé développé par Newton Chambers n’a été, cependant jusqu’ici, utilisé que pour le benzol houiller. Pendant longtemps, la cristallisation a été la seule méthode exploitée industriellement pour produire économiquement le para xylène avec un degré de pureté commercialement requis.

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c-3) L’adsorption : Il est possible de séparer préférentiellement les aromatiques des non aromatiques par adsorption sur certains solides. Cette séparation conduit à des opérations cycliques, qui, de façon schématique, comportent, dans un premier temps, l’adsorption proprement dite des aromatiques puis dans un second temps leur désorption. Le principal intérêt de l’adsorption est la possibilité de séparer, avec des rendements plus élevés que la cristallisation, le para xylène et ses isomères dans les coupes C8 aromatiques. d) La distillation azéotropique La distillation simple ne permet pas de séparer les aromatiques des non aromatiques, car les différences de volatilités sont très faibles et il se forment de nombreux azéotropes. La distillation azéotropique se repose sur la formation d’azéotrope à partir des hydrocarbures non aromatiques. Ils se forment aussi à partir des différences de volatilité. La distillation azéotropique repose sur la formation d’azéotropes à partir des hydrocarbures non aromatiques et d’un solvant polaire de basse température d’ébullition (alcools, cetones, aldehydes ….). Lorsque le solvant forme un hétéroazéotrope, sa séparation se fait facilement. Cette méthode ne peut s‘appliquée qu’à une coupe étroite ne contenant qu’un composé aromatique majoritaire. e) La distillation extractive : L’agent d’extraction utilisé dans ce type de distillation a des caractéristiques très différentes du solvant, utilisé dans la distillation azéotropique. Son point d’ébullition est plus élevé que ceux des constituants de la charge. Son rôle est de retenir les aromatiques, alors que les non aromatiques passent dans le distillat. Contrairement à l’extraction par solvant, l’agent extractif doit être polaire pour empêcher la formation de deux phases liquides, même si la teneur en impureté est élevée. Il intervient le plus souvent en quantité relativement importantes. Son action concerne, ordinairement, des charges à fortes teneurs en aromatiques. Il est régénéré par rebouillage et recyclé. Cette méthode, comme la précédente, ne s’applique qu’à la production à un haut niveau de pureté d’un seul constituant. Elle suppose que des charges disponibles (les coupes étroites) ne contiennent pas, même en très peu, d’aromatiques concurrents. Lorsqu’elles proviennent du fractionnement directe d’une essence de pyrolyse, elles ont subit une hydrogénation sélective préalable. Cependant dans les techniques d’extractions liquidesliquides, pour le traitement des coupes légères, on tire partie du fait que les solvants sont aussi de bons agents de distillation extractive pour combiner les deux modes de séparation. Les principaux agents employés industriellement ont tout d’abord été l’Aniline, le Furfural, le Nitrobenzène et le phénol.

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e-1) Extraction avec solvant : e-1-a) Généralité sur l’extraction par solvant : La propriété d’un solvant de dissoudre un hydrocarbure s’appelle solubilité. La propriété qu’à un solvant de dissoudre un hydrocarbure plutôt qu’un autre est appelée sélectivité. Dans la sélectivité, la solubilité influence le rendement (c'est-à-dire la quantité d’aromatique extraite), la pureté des produits. Le choix du solvant et des variables fonctionnelles doit être fait de façon à obtenir un bon rendement compatible avec une bonne pureté ; par exemple la température influe sur le procédé d’extraction dans le sens qu’une augmentation en diminue la sélectivité et augmente la solubilité car le sulfolane contient un petit pourcentage de H2O qui améliore la sélectivité de 4 à 5%. Le procédé d’extraction se base sur la nature polaire du solvant, apte à solubiliser surtout les aromatiques. Les hydrocarbures sont extraits dans l’ordre suivant : - Les aromatiques légers, aromatiques lourds, paraffines légères et paraffines lourdes. Pour obtenir le degrés de rendement voulu dans l’extraction on est obliger de solubilisé même les paraffines. Mais les légère, étant plus soluble au fond de la colonne d’extraction, forment une phase successive exigeant l’élimination totale des paraffines, qui après extraction, est facilité par l’absence des paraffines lourdes avec des points d’ébullition plus prés de ceux des aromatiques. Mais la présence de solvant rend plus aisée l’extraction des paraffines légère. Ce types d’extraction est complètement différent de ceux qui se vérifient dans les splitter normaux des raffineries, car le sulfolane modifie le comportement des hydrocarbures de façon à ce que les paraffines se comportent comme des hydrocarbures légers, même si elle bouillent a une températures plus élevé que selle des aromatiques. En définitive le sulfolane augmente la volatilité des paraffines et diminue celle des aromatiques. En combinant les phases d’extraction et de stripage on peut obtenir une extraction très net entre les aromatique et les non aromatiques. Pour des conditions économiques ( perte minimum de solvant avec récupération du solfolane présent dans la phase non aromatique avec d’autres parties aromatiques), ce procédé est utilisé. Dans tous les cas on effectue une extraction avec de l’eau qui dissous préférablement le sulfolane et les aromatiques. Le sulfolane, dans les conditions normales, n’est pas corrosif ; mais une fois réchauffé il est sujet à la décomposition. Les produits de cette décomposition sont corrosifs et même dangereux. Pour cette raison, la colonne de séparation d’aromatiques - sulfolane ainsi que la colonne de régénération du sulfolane travaillent sous vide de façon à abaisser la température de fonctionnement. Etant donnée que même le contact avec l’oxygène provoque la décomposition, tout le système d’extraction et de décomposition du sulfolane avec le système d’extraction et de fractionnement des aromatiques est tamponné avec l’azote. Apres la récupération, le benzène et le toluène sont séparés par distillation qui est aisée du fait de la différence entre leur points d’ébullition : respectivement 80,1°c et 110,8°c à 1atm. Au fond de la colonne toluène on à une décharge discontinue des éventuelles aromatiques lourds passé en tête au splitter de réformât. Avant le fonctionnement, le benzène et le toluène sont soumis à un traitement au tractives dans les colonnes à remplissage où les composées non saturées, contenues dans la charge initiale et les produits de décomposition du sulfolane, sont éliminées par adsorption.

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L’interface est passée dans le solvant jusqu'à ce qu’il atteint la concentration d’équilibre. Dans la deuxième étape, les deux liquides sont séparés en deux phases distinctes, pouvant être soutirées, sans que l’une entraîne l’autre. La phase enrichie en solutés s’appelle raffinat. Ainsi, la réalisation de l’extraction dépend de deux groupes de facteurs d’équilibres et de vitesse. Les facteurs d’équilibres permettent la description des résultats de l’extraction qui s’exprime généralement sous la forme d’un diagramme de circulation. La recherche, de ces facteurs, fait l’objet de deux particularités très importantes (isotherme de solubilité) dont la connaissance permet d’évaluer comment se produit la séparation des phases. Lors de la deuxième étape de l’extraction, le coefficient de partage qui indique dans quelle proportion le soluté quitte le raffinat pour passer dans l’extrait, lors de la première étape d’extraction . Les facteur de vitesse permette la détermination de l’appareil en évaluant la vitesse avec laquelle l’état d’équilibre est atteint dans chacune des deux étapes de l’extraction liquide liquide comporte toujours les deux opération suivantes. - mise en constat du solvant et de la solution d’alimentation. - la séparation du solvant et de la solution d’alimentation s’effectue d’autant mieux que les liquides sont moins solubles l’un dans l’autre. C’est pourquoi il est fondamentale d’étudier le problème de la miscibilité des corps en phase liquide puis, connaissant la température, la pression, la concentration respective des différents constituants dans un mélange de liquide, on détermine le nombre de phases dans le mélange. e-2) Schéma générale du procédé d’extraction des aromatiques Un procédé industriel d’extraction des aromatiques BTX est un procédé à fonctionnement continu. On peut distingué trois opérations principales : l’extraction proprement dites la purification de aromatiques la régénération du solvant séparation du solvant / BTX Ces trois opérations impliquent des flux et des appareillages plus réduits. le lavage du raffinat la séparation du solvant de l’eau de lavage la purification du solvant

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Le schéma suivant résume le procédé : Raffinat

Lavage de l’eau du raffinat

appoint charge

Extraction des aromatiques

Séparation solvant / eau

Purification du solavant

Purification des BTX

Séparation des BTX solvant

BTX

Recyclage des hydrocarbures

Caractéristiques physico-chimiques du sulfolane : Formule chimique :

CH2

CH2

CH2

CH2 S O

-

O

Nom chimique : Cyclotétraméthylènesulfane. Masse moléculaire : 120g/mole. Densité à 30°C : 1.265 g/cm2. Point de congélation : 27°C. Point d’ébullition : 285°C. Point d’inflammabilité : 197°C. Stabilité jusqu’à 220°C. Moment dipolaire : 4.69 debyes. Miscibilité avec l’eau et les hydrocarbures aromatiques. Distillation : i. PI : 272 °c ii. 5% : 272 °C iii. 10% : 272 °C iv. 30% : 274°C v. 50% : 274°C. vi. 70% : 274°C. vii. 90% : 274°C. viii. 95% : 275°C. ix. PF : 275°C.

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La masse volumique moyenne du solvant à 15°C est 1.2631 le sulfolane %pds : 97 l’eau %pds : 2.7 viscosité à 100°F : 5 CST le PH : 9.6 A une température égale ou supérieur à 220°C le sulfolane se décompose en engendrant de produits dangereux. Au contacte de l’air le solvant libère le dioxyde de soufre et en contacte avec l’eau il donne l’acide sulfurique. Le sulfolane, quand il rencontre les points chaud, durant son cycle, il commence a se dégrader en donnant des acides qui attaquent le métal et engendre la corrosion et la précipitation des polymères qui provoque le bouchage des tuyères. •

Calcul de l’échangeur de chaleur E16 :

1- Les paramètres physiques du fluide chaud (benzène) : coté calandre -

G = 11337 kg/h. ρ420 = 0,880 gr/cm3 ρ1515 = 0,883 gr/cm3 Te = 80°C = T1 Ts = 35°C = T2 µ60= 1,404 kg/m.s

2- Les paramètres physiques du fluide froid (l’eau) : coté tubes -

G = 21429 kg/h ρ420 = 1 gr/cm3 ρ1515 = 1,0025 gr/cm3 Te = 25°C = T1 Ts = 35°C = T2 µ60= 2,8944 kg/m.s

3- Détermination de la température moyenne : a- coté calandre : Tm = (T1+T2)/2 = 57,5°C≈ 60°C b- coté tubes : Tm = (T1+T2)/2 = 30°C

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4- Calcul du coefficient de conductivité : a- coté calandre : λTm = 0,101 / ρ1515.(1- 0,00054 Tm) λTm = 0,0770 b- coté tubes : λTm = 0,101 / ρ1515.(1- 0,00054 Tm) λTm = 0,0863 5- Détermination de la chaleur spécifique : a- coté calandre : CTm = 0,413 kcal/kg.°C ( donnée) b- coté tubes : CTm = 1/ √1,0025 (0,403 + 0,00081. 30) CTm = 0,427 kcal/kg.°C BILAN THERMIQUE : On a Q1= G. C1 (T1+T2). Quantité de chaleur cédée Q2 = g. C 1 (t2 – t1). Quantité de chaleur reçue. Q cédée =Q reçue. Si on a pas des pertes de charge et de chaleur. Q1= G. C1 (T1+T2)= Q= 1133. 0,413. (80-35) Q= 210066,1 Kcal/h 7 détermination de la différence moyenne de température ; on a une circulation en contre courant ∆t1= T1-t2= 80- 35= 45°C ∆t2= T2-t1= 35-25= 10°C ∆TLM= (∆t1-∆t2)/ 2.3log (∆t1/∆t2)=23,29°C calcul du facteur de correction F : F=f(E,R) R= (T 1-T2)/(t2-t1) =(80-35)/(35-25) =4,5 . E= (t1-t2 )/ (T1-t2) =(35-25) /(80 -25 ) =0,182 . F={ ( √R²+1 x log (1-E)/(1-ER) /{(R -1) log (2-E(R +1√R²+1))/(2-E(R +1+√R²+1)) . F =0,82 .

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∆T =∆TLM . F ∆ =23,29 . 0,82 =19,10 ∆T=19,10 Cº. 8-calcul de la surface d’échange : D’après le tableau qui se trouve dans le WHITIER entre 370 et 730 kcal/m²h .Cº , on choisi donc K= 400Kcal/m² h.Cº Donc on a : Q=K.∆T.A Q /(K.∆T) =210066,1/(400.19,10) =27,49 m² 9- la surface d’échange d’un tube : Ai =лd0 L =3,14x0, 01905 x 3,048 = 0,1823 m² 10- le nombre de tube par colonne : Rc : nombre de colonne =1 Nt =A/(Ai . nc ) = 27,49 / (0,1823 .1) =150,83≈ 151 Le nombre de tubes dans le design est 150 alors que nous avons trouvé 151. Don notre échangeur travaille dans les conditions idéales et l’échange thermique est parfait Calcul de la colonne de fractionnement du benzène C7 1-composition de la CHARGE de L’unité 200 : Composant N.A Benzène

Designer 62,84 31,86

Max 68,84 13,23

Min 79,42 24,46

Toluène

5,29

6,7

9,15

Xi +(6 à 16,58) - ( 18,68 à 7,4 ) + ( 1,41 à 3,86 )

2-composition de la charge de la colonne C7 : Composants Benzène Toluène Σ(B,T)

Kg/h 11340 1883 13229

Pdp% 0,8576 0,1423 1

Mi 78 92 80

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K mol/h 145,461 20,4671 165,362

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Xi 0,88 0,12 1

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3-composition du distillat : Composants Benzène Toluène Σ (B,T)

Kg/h 11344,1 2,0 11346,1

4-composition du résidu : Composant Kg/h Benzène 1,9 Toluène 1881 Σ (B,T) 1883,1

Pds% 0,9998 0,0002 1

Mi 78 90 80

Kmol/h 145,437 0,02174 145,4617

Xi 0,9999 0,00001 1

Pds% 0,0010 0,9989 1

Mi 78 90 80

Kmole/h 0,0244 20,4457 20,4719

Xi 0,0012 0,9988 1

5-le bilan matière : G , D, S, R :débit d’alimentation, distillat , sous tirage et résidu . Xg ,Xd ,Xs,Xr leurs compositions Respective à l’élément le plus Volatil (benzène) G=D+R+S _____( I -1 ) G=S+R

_____ ( I -2 )

Par rapport au benzène : G.Xg = SXs + R XR ______ ( I ,3 ) De ( I,2 )et ( I , 3 ) on aura : S = G(XG –XR )/ ( XS –XR )________ ( I,4 ) R = G(XG –XS)/(XR –XS)

________ ( I,5 )

1- dans la zone de rectification : V = Lº + D ______ ( I , 6) V : Débit de vapeur quittant le plateau I Lº : débit du liquide quittant le plateau I +1 D : débit du distillat A on établit le bilan I +1 et I Vyi = Lº Xi+1 + D XD _______ ( I ,7 ) Alors Yi = (Lº/V) Xi+1 + (D/V)XD _____( I , 8 ) Yi = ( rf /(rf +1)) Xi+1 + ( rf + 1) XD ____ ( I , 9 ) Rf : taux de reflux rf = Lº / D On a comme donnée Rf =2,34 X D = 0,9999 Rf = (2,34 /(2,34 + 1))Xi+1 + ( 2,34 + 1) 0,9999 Yi =0,7006 Xi+1 + 0,2994 (équation de la droite opératoire de la zone de rectification) - 12 -

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b- dans la zone d’épuisement : L’ =V’ + R ______ ( I , 10 ) L’ : débit du liquide quittant le plateau i+1 V’ : débit de vapeur quittant le plateau i R : débit du résidu Pour un constituant i le bilan est L’ Xi+1= V’ yi’ + R X_______( I , 11) On aura a lords X’i+1=(V’/L) yi’ + (R/L’) X_______( I , 12) X’i+1=( θ/ θ+1) yi’+( θ+1)XR_______( I , 13) Θ = V’/R On a comme données V’ = 340,38 K mole /h R = 20,4714 K mole /h Θ = 16,62 X’i+1 = (16,62/16.62+1)yi’+(16,62+1).0,0012 X’i+1 = 0,9732 yi’+0,0214 Etat d’alimentation: G = VG + LG ___________(I ,14) G : débit molaire de la charge Kmole/h VG : débit molaire de vapeur dans la charge Kmole/h LG : débit molaire de liquide dans la charge Kmole/h Pour le constituant le plus volatile on établi le bilan individuel. G . ZG = LG XG + VG YG D’après la loi de Dalton : Yi =( Pi° Xi ) / P = Ki Xi ___________________( I , 15 ) Ki constant d’équilibre Pi° tension de vapeur de constituent a l’état d’équilibre P pression du mélange Xi fraction molaire de i dans la phase liquide . ZG ) / LG + Ki VG _____________( I, 16) D’ou Xi = [(VG + LG) ZG / LG ] + Ki VG ______(I , 17)

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Calcul de la constante d’équilibre Ki : Ki est calculé d’après l’équation d’Antoine Log Pi° = (A- B)/(C+ T)____________(I , 18) Ki = Pi° / PT_____________________(I , 19) Pi° : pression du constituant i a l’état pure Pt : pression totale A, B, C : constante de l’équation d’Antoine qu caractérise chaque élément chimique T : température en °C Pour le benzène : A = 6.0565 B = 1244.033 C = 220.79 Pour toluène A = 6.95464 B = 1344,8 C = 219,482 On aura alors : Ki=10[A-( B/C+T)] /760 Pt Calcul de la volatilité relative moyenne : ( αi ) moy = (αid + αia + αir )1/3 αid , αia , αir : volatilité relative du constituant i dans le distillât , alimentation , résidu , respectivement La volatilité relative du constituant i se calcule selon l’équation : α12 = P1°/P2° = K1/K2 P1° : tension de vapeur de l’élément le plus volatile dans l’alimentation, distillât ou résidu. P2° : tension de vapeur de l’élément le moins volatile dans l’alimentation, distillât ou résidu. Volatilité moyenne : Alimentation Ta = 95°C, Pa = 1,554 Atm Constituant Pi° Atm Ki = αi = Pi°/PT° Ki/Kr Benzène 1,5746 1,0137 2,46 Toluène 0,6393 0,4176 1

Distillât Résidu Td = 89,8°C, Pd = 1,35 Tr = 134°C, Pr = 1,82 Atm Atm Pi° Atm Ki = αi = Pi° Atm Ki = αi = Pi°/PT° Ki/Kr Pi°/PT° Ki/Kr 1,3357 0,9894 2,51 4,087 2,246 2,198 0,5317 0,3939 1 1,859 1,0217 1

Ki : coefficient d’équilibre de référence : dans notre cas, c’est le toluène, puisqu’il est le moins volatile. α12 = (αa . αd . αr)1/3 = 2,4. αmoy = 2,4.

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Calcul du nombre d’étages minimal : L’application de l’équation de FENSKE aux constituants permet de calculer le nombre minimal d’étages de la colonne. Nn+1 = Ln[(X1/X2)d .(X2/X1)r] . 1/Lnα12 (X1/X2)d : rapport de constituants clés dans le distillat. (X2/X1)r : rapport de constituants clés dans le résidu. (X1)d = 0,9999. (X2)d = 0,0001. (X1)r = 0,0012. (X1)r = 0,9987. = 2,4. α12 Nn+1 = 18,2. D’où : Nm = 17 étages. Détermination du taux de reflux minimal : Il est calculé comme suit : Rn = [1/(αn – 1)] . [(X1d / X1a) - αn (X2d / X2a)] αn : volatilité moyenne. X1d : composition du benzène dans le distillât. X1a : composition du benzène dans l’alimentation. X2d : composition du toluène dans le distillât. X2a : composition du toluène dans l’alimentation. αn = = X1d X1a = = X2a X2d = On aura : Rn =

2, 4. 0, 9999. 0, 88. 0, 12. 0, 0001. 0, 81.

Vérification de la température au sommet et au fond de la colonne : En tenant compte de l’équation d’ANTOINE (I .20), on a : Ki = 10 [A-(B/C+T)] / 760.PT On va calculer les valeurs Ki dans de différentes températures et voir celles qui répondent aux conditions. ΣKi Xi = 1 au fond. = 1 au sommet. ΣYi / Ki

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Les résultats sont représentés dans les tableaux suivants : Temp et pression Kbenzèné Ktoluène ΣYi / Ki=1

88°c, 1,35atm 0,73 0,37 1,3692

Temp et pression Kbenzèné Ktoluène ΣKi Xi=1

90°c, 1,35atm 0,77 0,39 1,29825

92°c, 1,35atm 0,82 0,421 1,21023

133°c, 1.82 atm 1,770 0,995 0,9999

Au sommet 95°c, 1 ;35atm 0,90 0,46 1,1113

Au fond 134°c, 1.82 atm 1,833 1,021 1,0219

96°c, 1,35atm 0,927 0,462 1,0582

97°c, 1,35atm 0,955 0,49 0,95555

135°c, 1.82 atm 1,856 1,044 1,044

Selon les deux tableaux précédents les conditions au sommet sont : Température : 96°C. Pression : 1,35 Atm. Kbenzèné : 0,90 Ktoluène : 0,46. Est les conditions au fond sont : Température : 133°C Pression : 1,82 atm Kbenzène : 1,770 Ktoluène : 0,995 Calcul du four F1 rebouilleur du fond de la colonne C7 Calcule de la quantité de chaleur reçue par la charge C est un four verticale cylindrique – radiant / convection. Les données du four : Qcédé = 10707 Kcal / Kg Tfummées = 410°C Selon de diagramme de référence de Whitier il reste 21% de chaleur cédée par la combustion dans les fumées qui sont portées à 410°C. C'est-à-dire : Qfummées = 2248,47 Kcal / Kg Selon la loi de conservation d’énergie Qcédé = Qreçu + Qfummées + Qp.paroix Qp.paroix : quantité de chaleur perdue a travers les parois elle est supposé négligeable Qreçu = Qcédé - Qfummées Qreçu = 8458,3 Kcal / Kg Quantité de chaleur reçu par la charge est 8458,3 Kcal/ Kg La valeur design est 8460 Kcal/Kg - 16 -

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Calcul du rendement du four : η= Qreçu / Qcédé η = 0,79 design 0,80 C’est a dire le rendement du four est de 79 % Calcul du débit de combustible : Données de départ : Le flux de chaleur émise égale a 3579000 Kcal / h Le pouvoir calorifique inférieur est 10707 Kcal / Kg Le débit de combustible est donné par la formule suivante : Le flux de chaleur émise D = -------------------------------------------Le pouvoir calorifique inférieur D = 334,26 Kg / h

design 330 Kg / h

Fiche technique du four : Condition de l’entrée : Température : Pression : Débit de liquide : Densité du liquide : Viscosité du liquide : Condition du sortie : Température : Pression : Débit de liquide : Débit de vapeur : Poids moléculaire de vapeur : Viscosité du vapeur :

133°C 4,2 Kg / Cm2 54,226 Kg / h 0,756 0,21 134°C 1,32 Kg / Cm2 21,690 Kg / h 32,536 Kg / h 92,1 0,00975

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Conclusion : D’après le travail qu’on a effectué on a conclu que vus les trois handicapes qui frêne la bonne production de l’unité 200 sont : 1/ L’appauvrissement de la charge en aromatiques provenant de l’unité du reforming catalytique. 2/ l’arrêt e la section de régénération de solvant depuis plusieurs années qui a réduits considérablement la duré de vie de solvant et une perte progressive de ses capacité. 3/ le solvant utilise est le SULFOLANE quand il se dégrade il devient acide et par mis ses produits de décomposition on auras quelque polymères alors sont acidité provoque la dégradation du métal par corrosion et les polymères provoque le bouchage des tuyères.. suivant notre étude la section fractionnement des BTX est la seule qui travail convenablement, elle donne des produits pure et il répondent au spécification du marché international. Recommandation : 1/ Pour la section régénération du solvant : Il faut changer l’éjecteur J2 pour pouvoir crée le vide suffisant pour évaporer le solvant a moins de 200°C. 2/ Vérifier si la section de régénération n’est pas fuyarde. 3/ Faire un calcul de redimensionnement de la colonne de régénération du solvant qui n’a pas été fait par manque de données. C’est pourquoi elle n’a pas marcher depuis plusieurs années et personne n’a peut le faire à partir de quelques données exixtantes). 4/ Utiliser l’eau traitée pour éliminer le calcaire qui a provoqué l’encrassement des échangeurs. 5/ faire une analyse complète du solvant importé car on Sait que chose sur ses produits de dégradation. 6/ Actualiser les instrument de mesure y compris la salle de contrôle.

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ETUDE DE L’UNITÉ D’EXTRACTION DES AROMATIQUES ET CALCUL DE

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