Hydrodistillation du limonène — exercice corrigé de chimie : thermodynamique et électrochimie (PC) (chapitre 4)

Hydrodistillation du limonène

Changements de phase des corps purs et des mélanges binaires · niveau 2

Énoncé

Le limonène, constituant principal de l'essence d'orange ( $M = 136, 2 g / m o l$ ), non miscible à l'eau, bout à $176° C$ et s'altère à haute température. On l'extrait par hydrodistillation sous $1, 013 ba r$ . À $97, 5° C$ , $P_{sat}^{eau} = 0, 926 ba r$ et $P_{sat}^{lim} = 0, 088 ba r$ .

Expliquer pourquoi le mélange bout sous $100° C$ , et vérifier qu'il bout à $97, 5° C$ .
Calculer la fraction molaire du limonène dans la vapeur, puis sa fraction massique dans le distillat.

Corrigé

Les deux liquides étant non miscibles, chacun exerce sa propre pression de vapeur saturante : le mélange bout dès que $P_{sat}^{eau} + P_{sat}^{lim} = P$ , donc avant que l'eau seule n'atteigne $P$ , c'est-à-dire sous $100° C$ (hétéroazéotrope). À $97, 5° C$ , $0, 926 + 0, 088 = 1, 014 \approx 1, 013 ba r$ : c'est la température du palier, très inférieure à $176° C$ ; le limonène est entraîné intact.

Dans la vapeur, $y_{lim} = P_{sat}^{lim} / P = 0, 088/1, 013 = 0, 087$ . Le distillat a la composition de la vapeur ; en masses,

$w_{lim} = \frac{0 , 087 \times 136 , 2}{0 , 087 \times 136 , 2 + 0 , 913 \times 18 , 0} = \frac{11 , 8}{11 , 8 + 16 , 4} = 0, 42.$

Moins de $9 %$ des molécules de la vapeur sont du limonène, mais il forme $42 %$ de la masse du distillat : sa masse molaire, $7, 6$ fois celle de l'eau, compense sa faible pression de vapeur. Il faut environ $1, 4 g$ d'eau par gramme d'essence. Le distillat se sépare en deux phases par décantation.