ENTRAINEMENT à la VAPEUR
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    Dit parfois "distillation à la vapeur", l'entraînement est un méthode de séparation et/ou de purification, fondée sur les équilibres de changement d'état liquide/vapeur, sans rectification, et le plus souvent, en présence de vapeur d'eau.
    Il est applicable aux composés peu ou pas solubles dans l'eau, dotés d'une tension de vapeur assez importante vers les 100°C.

PRINCIPE.
Soit un composé A dont la tension de vapeur saturante se situe vers 100°C dans la gamme de 50 à 500mm de Hg. En présence d'eau liquide la somme des tensions des vapeurs saturantes est égale à la pression atmosphérique à une température inférieure à 100°C, permettant l'ébullition du mélange. Les vapeurs non rectifiées sont immédiatement condensées et collectées, elles donnent un mélange hétérogène si A n'est pas miscible avec l'eau. Ce mélange est décanté, afin de récupérer A pur.

INTERET.
A peut être ainsi séparé d'un ensemble de composés non-volatils sans être chauffé à son propre point d'ébullition, ce qui pour certains produits sensibles est source de dégradation voir de décomposition.

EMPLOI.
    Principalement pour faire des "huiles essentielles" de plantes en parfumerie ou en pharmacie. L'eau ou la vapeur détruit la structure des cellules végétales, libère les molécules contenues et entraîne les plus volatiles en les séparant du substrat cellulosique de la cellule. Les parties insolubles dans l'eau de condensation sont décantées  pour donner l'huile surnageante. En chimie de synthèse on entraîne à la vapeur le brut de réaction afin de séparer les produits des lourds et des sels et ions minéraux souvent présents.

MODELE.
    Dans un mélange la pression de vapeur de l'ensemble est la somme des pressions partielles de chaque constituant
P = pa + pb + pc + .....+ pn
    A l'ébullition cette somme est égale à la pression du milieu extérieur, le plus souvent la pression atmosphérique. Pour un mélange binaire A et Eau (E) on a
P = pa + pe
Dans un gaz ou une vapeur d'un mélange idéal, la pression propre d'un constituant est proprtionnelle au nombre de moles P = nRT/V
donc na/ne = pa/pe
le nombre de mole est le rapport de la masse de composé à la masse molaire M de celui-ci
na = ma/Ma

na/ne = (maMe)/(Mame)     ou ma/me = (naMa)/(neMe)
Donc en remplaçant le rapport des nombres de mole par le rapport des pressions
 

ma
 
paMa
_____

 =
_____

me
 
peMe
On voit ici l'intérêt qu'apporte l'eau comme agent d'entraînent, le rapport des masse entraîné est égal au rapport du nombre de moles entraîné multiplié par le rapport des masses molaires. L'eau avec une faible masse molaire (18) permet une forte amélioration du rapport du nombre de mole pour tous les composé de forte masse molaire.

Exemple, le Bromobenzène

A 95,3°C la somme des pressions est de 760 mm.Hg     pa = 119 et pe = 641
On entraîne donc
 

ma
 
119 . 157


___

 
_________

 =  1,62
me
 
641 . 18


Soit 1,62 g de bromobenzène pour 1g d'eau ou 1,62/2,62 de mélange ou 62%.
Alors que la  pression partielle n'est que de 15% de la pression totale.

L'eau à néanmoins, un inconvénient sa très forte chaleur latente donne un coût élevé à la vapeur.

EMPLOI de VAPEUR SURCHAUFFEE.

    En employant de la vapeur sèche on améliore le rendement massique de l'opération. Au delà de 100°C, on peut surchauffer la vapeur, l'équilibre en absence de liquide n'est plus monovariant, et envoyer cette vapeur dans le liquide à entraîner. Ce liquide est alors soit chauffé soit mis dans un récipient soigneusement calorifugé. Le produit A à température plus élevé a une tension de vapeur saturante plus grande et la somme des pressions est obtenue avec une vapeur d'eau détendue.

Exemple Benzaldéhyde à 133°C (Ma = 106)
 pa = 220mm.hg donc pe = 760-220 = 540
 

ma
 
220 . 106


_____

=
___________

 = 2,40
me
 
540 . 18


 soit 2,4 g pour 1g d'eau ou  2,4/3,4  = 70,6% par rapport au total des masses entraînées.
Alors qu'un travail avec de la vapeur humide se fait à 97, 9°C on n'aurait récupére que 32,1% d'aldéhyde dans le condensat.
Evidemment il faut se limiter en température afin de garder l'avantage de ne pas dégrader les produits fragiles par une surchauffe excessive.

MONTAGE et MATERIELS.

L'entrainement en vapeur humide peut se faire en ajoutant de l'eau dans le mélange, en portant l'ensemble à ébullition et en condensant la vapeur formée par chauffage. Une autre méthode consiste à  générer la vapeur dans un montage quelconque et à l'envoyer dans le mélange à entraîner. Cette dernière méthode est indispensable à l'emploi de vapeur sèche (ou surchauffée).

MANIPULATION.
 On tentera le plus souvent de faire une préparation d'huile essentielle, suivie d'une analyse. On peut aussi à partir d'un composé pur faire une mesure de masse molaire à condition de disposer d'un baromètre de précision et d'un thermomètre au 1/10 ème.
    Dans ce dernier cas on mesure la température des vapeurs et la pression atmosphérique. On en déduit la tension de l'eau (par les tables) et celle du composé étudié. On décante avec soin le mélange dont on pèse chaque phase avec soin, (on néglige les dissolutions mutuelles). Dans le relation fondamentale  
ma/me = (paMa)/(peMe) seule Ma est inconnue et est facilement calculée.

montage simple


Dans l'extraction des huiles essentielles, les quantités d'huiles sont assez faibles de 2 à 0,25% en masse aussi emploie-t-on de très gros réacteurs et des quantités de vapeurs importantes, néanmoins la réception n'est  jamais très encombrante et pendant longtemps on a utilisé le "vase florentin". C'est un extracteur en continu, très simple, composé d'un verre (ou faience ou cuivre) haut et étroit du fond duquel partait un col de cygne atteignant presque la hauteur de la partie large. Préalablement empli d'eau (ou de saumure) il conserve l'huile en haut, tandis que l'eau excédentaire est éliminée par le col de cygne. vase florentin

Voir les parfumeursà Grasse:  Fragonard ,   Galimard
Un petit dictionnaire des parfums
 

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