Distillateur à trajet court, équipement de distillation moléculaire

De nombreux matériaux, tels que les résidus lourds de pétrole, les produits chimiques, les produits pharmaceutiques, les aliments naturels, les produits de santé, les acides gras, etc., sont souvent thermosensibles, visqueux et/ou possèdent des points d'ébullition élevés. Pour séparer ces matériaux de leurs autres composants tout en préservant la qualité du produit, la distillation ne peut être réalisée qu'à basse température, voire en dessous du point d'ébullition, et la décomposition thermique ou la polymérisation ne peuvent être minimisées que sur une courte période afin d'éviter toute altération du produit.

Lorsque le degré de vide opératoire est d'environ 500 Pa, la distillation peut être réalisée dans un évaporateur à film raclé ou à film tombant. Cependant, si la distillation doit être effectuée sous vide moyen à poussé (par exemple, des pressions comprises entre 0,001 et 100 Pa), une difficulté se pose. Il est nécessaire de choisir un évaporateur dont la pression de vapeur ne dépasse pas la différence de pression entre la surface de chauffe et la surface de condensation du produit. De ce fait, les évaporateurs à condenseur externe sont exclus du procédé de distillation sous vide moyen à poussé.

En revanche, l'évaporateur à courte portée de type SY est parfaitement adapté à cette application ; le condenseur est intégré à l'évaporateur, face au processus de distillation à chaud. De ce fait, les évaporateurs à courte portée constituent une technologie de séparation relativement récente, encore peu répandue dans la production industrielle, et qui permet de résoudre de nombreux problèmes de séparation que les techniques de distillation classiques ne peuvent résoudre.

Les distillateurs à courte portée se divisent en trois types selon la forme du racleur : à film roulant, à racleur coulissant et à racleur articulé. Le choix du type de racleur dépend de la viscosité et des propriétés de traitement du matériau. Le temps de séjour réduit et le fonctionnement du racleur permettent au film liquide de rester très peu de temps sur la surface chauffante. La basse température de distillation, due à la position du condenseur face à la surface chauffante, réduit la différence de pression et permet ainsi d'atteindre un vide extrêmement poussé. Les matériaux peuvent être distillés à des températures extrêmement basses, voire sans atteindre le point d'ébullition. L'immersion profonde des substances visqueuses et des produits contenant des particules solides dans les lames du racleur, le long d'un bord important, induit un fort cisaillement et un mélange efficace du film de matériau, réduisant ainsi la viscosité du liquide traité. Ce type de distillateur convient au traitement de fluides d'une viscosité allant jusqu'à 50 Pa·s et prévient l'entartrage de la surface chauffante. Il est particulièrement adapté aux liquides contenant des particules solides.

Le racleur de niveau de liquide de distillation à film extrêmement mince a pour fonction de racler le liquide d'alimentation afin de le réduire à un film liquide extrêmement mince. La séparation est ainsi plus complète.

L'utilisation de matériaux thermosensibles, un taux de séparation élevé et un racleur de précision permet la formation d'un film liquide extrêmement fin et uniformément réparti sur la surface chauffante, assurant ainsi une humidification complète de cette dernière. Ceci permet d'atteindre un taux de séparation par ébullition élevé au sein de l'unité de fonctionnement. Plus de 90 % des substances introduites sont ainsi évaporées, garantissant un niveau constant de résidus.

La différence de pression entre le film d'ébullition et la surface de condensation est la force motrice de la vaporisation ; une faible chute de pression suffit à déclencher l'écoulement de la vapeur. Fonctionnant à 1 mbar, la distance entre les surfaces d'ébullition et de condensation doit être très courte ; un distillateur conçu selon ce principe est appelé distillateur à courte portée. Ce type d'alambic (distillation moléculaire) possède un condenseur intégré, placé face à la surface de chauffe, et réduit la pression de fonctionnement à 0,001 mbar.

Le distillateur à courte portée est un procédé de séparation thermique fonctionnant à une pression de 1 à 0,001 mbar. Sa température d'ébullition plus basse le rend particulièrement adapté aux substances thermosensibles et à point d'ébullition élevé. Sa composition de base comprend un cylindre à double enveloppe chauffante, un rotor et un condenseur intégré. Un racleur et un dispositif anti-éclaboussures sont installés avec précision sur le support fixe du rotor. Le condenseur intégré est situé au centre de l'évaporateur, et le rotor tourne entre le cylindre et le condenseur.

L'alambic à courte portée se compose d'un corps cylindrique chauffé verticalement, d'un condenseur situé en son centre et d'un racleur rotatif entre l'alambic et le condenseur.

Le processus de distillation se déroule comme suit : la matière est introduite par le haut de l’évaporateur et répartie de manière continue et uniforme sur la surface chauffante grâce au distributeur de liquide situé sur le rotor. Le racleur racle ensuite le liquide en un film turbulent extrêmement fin et le propulse vers le bas en spirale. Durant ce processus, les molécules légères qui s’échappent de la surface chauffante se condensent sur le condenseur intégré, en suivant un trajet court et quasiment sans collision, puis s’écoulent dans le tube du condenseur avant d’être évacuées par le tuyau d’évacuation situé au bas de l’évaporateur. Le liquide résiduel, également appelé molécules lourdes, est recueilli dans un canal circulaire sous la zone de chauffe, puis évacué par un tuyau d’évacuation latéral.