Colonne Vigreux

Colonne de Vigreux

Colonne Vigreux.

Colonne vigreux en verre borosilicate.

Une colonne de Vigreux est un tube de verre employé pour réaliser une distillation fractionnée. C’est un article essentiel pour distiller des mélanges liquides afin de les séparer en fonction de leur différence de volatilité. L'intérieur du tube est hérissé de piques, orientées vers le bas, qui permettent par condensation successive des différents composants une séparation plus précise des différents corps présents. Le nombre de piques ainsi que leur espacement peuvent différer selon le type de colonne. La longueur et le diamètre de la colonne dépendent du débit de fluide à traiter. Son inventeur est Henri Vigreux.

Principes de fonctionnement dans le cadre d'une distillation

La colonne de fractionnement aide à séparer le mélange en passant par plusieurs cycles elle permet aux vapeurs de se refroidir, de se condenser et de se vaporiser selon la loi de Raoult.

Pour réaliser une distillation fractionnée on raccorde directement la colonne au ballon contenant le mélange à séparer. On chauffe ensuite ce ballon pour atteindre, au sommet de la colonne, la température d'ébullition des corps à extraire.

Quand on chauffe le produit à température d'ébullition, celui-ci commence à s'évaporer ; dans ses vapeurs on trouve cependant des produits (impuretés) dont on veut se défaire.

Comparer à une colonne droite (simple tube en verre), la colonne vigreux par sa conception possède une grande surface de contact favorisant ainsi le transfert thermique intérieur-extérieur. Ainsi les vapeurs provenant directement du ballon vont se condenser sur les piques de la colonne et former des gouttes aux pointes des piques. Les gouttes qui ne retombent pas dans le ballon sont chauffées par les vapeurs ascendantes et se vaporisent à nouveau. Toutefois, ces nouvelles vapeurs n'ont pas la composition des vapeurs initiales (voir la loi de Raoult): elles sont plus concentrées en composé le plus volatil!

Chaque cycle de vaporisation-condensation se produisant au sein de la colonne de séparation (appelé un plateau théorique) conduit à une augmentation de la concentration en le composé le plus volatil. On peut donc caractériser la colonne par son nombre de plateaux théoriques: plus celui-ci est élevé, plus la colonne sera capable de fractionner le mélange avec finesse.

On augmente le nombre de plateaux théoriques en allongeant la colonne ou en modifiant sa surface interne grâce à différentes géométries de piques.

Utilisations

La colonne de Vigreux est probablement une des pièces les plus utilisées dans le domaine de la chimie moderne, et plus particulièrement dans la chimie des aromatiques (Pétrole). Toutefois elle ne sert qu'à petite échelle (en laboratoire): pour traiter les débits importants, on préfère les colonnes garnies (par exemple remplies d'anneaux de Raschig) ou les systèmes à plateaux. Un distillateur à plateaux contient plusieurs étages, et chaque plateau possède une température qui lui est propre; certains de ces plateaux sont reliés à des systèmes d'extraction.

Références

"Le soufflage du verre", H. Vigreux, 3e Edition, Dunod, 1930

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