Distillation sous vide - Quelle est son utilité et comment fonctionne-t-elle ?

L'eau est présente dans pratiquement tous les processus industriels ; elle n'est pas seulement utilisée pour la fabrication des produits, mais aussi à diverses fins accompagnant le processus de production. Il peut s'agir de nettoyage, de traitement, de dilution, de refroidissement ou de transport.

L'eau est essentielle à la fabrication de presque tous les produits, qu'il s'agisse d'une voiture ou d'un cure-dent. Une grande quantité d'eau est utilisée pour la production de papier, d'aliments et de produits chimiques. Cette eau dite eau industrielle générée par les processus de production est généralement contaminée après le processus de production et polluée par des métaux lourds, des huiles ou des sels, entre autres substances préoccupantes.

L'eau contaminée peut causer de graves dommages à l'environnement si elle est renvoyée dans le réseau public sans avoir été purifiée au préalable. Par conséquent, une stratégie efficace à long terme consiste à purifier l'eau contaminée directement dans l'installation où elle a été produite, étant donné que la contamination ne représente généralement qu'une petite fraction d'environ 2 à 3 % des eaux usées et que l'eau purifiée peut également être réutilisée directement dans l'installation.

Une installation de distillation sous vide est parfaitement adaptée à cette fin, car elle est très économe en énergie par rapport à l'évaporation atmosphérique. 

1. Qu'est-ce que la distillation sous vide ?

La distillation sous vide expliquée simplement : L'eau usée est évaporée, la saleté reste sur place, la vapeur ascendante est exempte d'impuretés. Le condensat, également appelé distillat, peut être réutilisé dans la production. Ainsi, des eaux usées à 100 % produisent environ 98 % d'eau claire et seulement 2 % de résidus, qui peuvent être éliminés à moindre coût. Le principe physique sous-jacent est appelé séparation des substances en fonction des différences de point d'ébullition.

Cette méthode de distillation sous vide permet également d'économiser de l'énergie, car l'eau s'évapore sous vide à 80 degrés Celsius au lieu de 100 degrés Celsius. Cela a un impact majeur sur la quantité d'énergie consommée. Grâce à l'utilisation d'échangeurs de chaleur et à la réutilisation de la chaleur d'évaporation dans le système, l'installation d'une distillation sous vide consomme comparativement peu d'électricité. Vous trouverez un autre article sur la rentabilité ici.

2. Évaporation et distillation sous vide

L'évaporation est un phénomène très évident, que l'on peut observer très facilement dans la nature et à la maison. Par exemple, l'évaporation d'une eau salée, comme l'eau de mer, laisse des traces de sel. L'eau évaporée retombe sur la terre sous forme de pluie propre et sans sel. Un autre exemple domestique serait la vapeur d'eau qui s'accumule sous forme de condensat sur le couvercle de la casserole. Le condensat est de l'eau pure et ne contient pas de sel présent dans l'eau des pâtes.

Une partie du processus de distillation sous vide est appelée évaporation sous vide. L'évaporation sous vide est un processus au cours duquel un liquide s'évapore à une température inférieure à la normale. Le principe de la distillation sous vide consiste à abaisser la pression atmosphérique dans un récipient contenant le liquide en dessous de la pression de vapeur du liquide. Ce processus peut être appliqué à n'importe quel liquide. Toutefois, le processus d'évaporation sous vide est généralement associé à l'effet permettant de porter l'eau à ébullition à la température ambiante normale. L'avantage de cette méthode est que l'énergie de compression peut également être utilisée pour l'évaporation (recompression mécanique de la vapeur) et qu'aucune énergie externe n'est nécessaire pour la condensation.

Mais l'avantage le plus important de l'évaporation sous vide est probablement la séparation non spécifique basée exclusivement sur les points d'ébullition, ce qui signifie que des produits chimiques extrêmement divers peuvent être séparés très efficacement ; la gamme couvre par exemple les métaux lourds, les sels, mais aussi les composés organiques tels que les huiles et les graisses. L'évaporation sous vide peut également être utilisée pour empêcher la décomposition de liquides qui ne doivent pas être exposés à des températures élevées.

3. Quel est l'objectif de la distillation sous vide?

La distillation sous vide en circuit court est une technique très économe en énergie qui permet d'éliminer les impuretés des eaux usées industrielles. Étant donné que l'eau sale ne contient généralement que 2 à 3 % ou moins de contaminants, la distillation sous vide produit une eau pure à 98 % qui peut être réintroduite dans le cycle de production.

Cela permet non seulement d'économiser les coûts liés à la fourniture d'eau neuve pour la production, mais aussi de réduire considérablement les coûts liés aux services d'élimination externes.

Pour en savoir plus sur les applications et les avantages de la distillation industrielle sous vide.

4. Comment fonctionne la distillation sous vide?

Dans le processus de distillation sous vide, les eaux usées industrielles sont introduites dans un échangeur de chaleur et évaporées sous vide. L'échangeur de chaleur est constitué d'un faisceau de tubes dans lequel les eaux usées sont divisées en volumes plus petits pour faciliter leur évaporation. Le vide appliqué entraîne une modification du point d'ébullition. Cela permet à l'eau de s'évaporer à environ 85 °C au lieu de 100 °C sous pression atmosphérique.

Toutes les substances dont le point d'ébullition est supérieur à celui de l'eau restent dans le résidu d'évaporation. La vapeur ainsi obtenue est ensuite introduite dans le compresseur de vapeur. Celui-ci crée de la chaleur de compression, qui chauffe la vapeur à 120 degrés C. Depuis le compresseur de vapeur, la vapeur comprimée atteint à nouveau le faisceau de tubes où l'eau usée plus froide est acheminée, se condensant sur la paroi extérieure des tubes. La vapeur se transforme alors en eau propre liquide et peut être évacuée du système ou réintroduite dans le processus de production. Le résidu d'évaporation contaminé est ensuite évacué.

5. Prétraitement et post-traitement dans le processus de distillation sous vide

Le cœur du système de traitement des eaux usées est l'unité de distillation sous vide. Selon la nature de la contamination des eaux usées, un prétraitement et un post-traitement peuvent être nécessaires.

Le prétraitement

Le prétraitement peut comprendre un filtre à bande (ou un filtre à bande incliné), qui est utilisé pour éliminer les solides flottants et filtrables de l'eau au moyen d'un tissu filtrant sélectionné pour correspondre à la concentration en solides et à la viscosité des eaux usées à traiter.

Le prétraitement par une installation de neutralisation protège les micro-organismes qui décomposent les substances organiques dans les eaux usées, par exemple dans la phase biologique d'une station d'épuration. Les micro-organismes réagissent très fortement aux variations de la valeur du pH.

Dans une installation de neutralisation, des substances telles que l'acide chlorhydrique ou la soude caustique sont souvent utilisées pour produire un liquide neutre dont le pH de 7 correspond à celui de l'eau. 

Le post-traitement

L'ultrafiltration peut être utilisée pour le post-traitement. Dans ce procédé, les pores de la membrane semi-perméable (qui ne peut être pénétrée que d'un seul côté) sont plus petits que dans la microfiltration, mais plus grands que dans la nanofiltration.

Dans l'ultrafiltration, l'eau sale traitée est poussée à travers des tubes en plastique à une pression pouvant aller jusqu'à 10 bars, ce qui a pour effet de retenir les particules, les bactéries et les virus dans les pores des tubes filtrants. Le résultat est une eau absolument exempte de germes. Les membranes sont principalement constituées de matériaux très bon marché tels que les acétates de cellulose ou les polyamides.

6. Autres techniques et produits de distillation sous vide

Le système de distillation sous vide H2O VACUDEST est très efficace et peu encombrant car des technologies adaptées aux besoins individuels d'amélioration de la qualité de l'eau sont déjà intégrées dans la machine au départ de l'usine.

Il s'agit par exemple de:

Destcontrol

Le H2O DESTCONTROL mesure la valeur du pH de l'eau non pas comme les unités conventionnelles dans l'alimentation, mais plutôt dans le distillat purifié. La valeur du pH des eaux usées industrielles diffère souvent considérablement avant et après l'évaporation, car des réactions secondaires peuvent être déclenchées pendant le processus d'évaporation.

Le DESTCONTROL dose un agent neutralisant directement dans l'évaporateur VACUDEST et compense ainsi les éventuelles réactions secondaires. Cela permet non seulement de garantir une qualité constante du distillat, mais aussi de rendre obsolète une neutralisation continue en amont.

Clearcat & Purecat

Cette option supplémentaire offre la possibilité de traiter les eaux usées industrielles contenant de l'huile et de la graisse en une seule étape, sans main-d'œuvre supplémentaire. Les modules permettent normalement d'économiser un séparateur d'huile supplémentaire en amont.

En outre, cette technologie ne nécessite pas d'énergie ni de matériaux auxiliaires, car elle repose sur des effets catalytiques et physiques. Les technologies Clearcat et Purecat s'intègrent parfaitement à votre système de distillation sous vide et ne nécessitent pas d'espace supplémentaire.

La technologie Clearcat réduit les niveaux de DCO (Demande Chimique en Oxygène) dans les eaux usées au point qu'ils sont 60% meilleurs qu'avec d'autres systèmes conventionnels de distillation sous vide.

Si vous visez la recirculation dans presque tous les secteurs industriels, utilisez le module Purecat en plus du Clearcat. Il permet de réduire la valeur de la DCO de 50 % supplémentaires.

VACUDEST ZLD 300

Notre système de distillation sous vide VACUDEST permet déjà de réduire la quantité d'eaux usées jusqu'à 95 %. Cependant, l'eau résiduelle contenue dans les résidus peut parfois rendre difficile leur élimination complète. Le post-concentrateur VACUDEST ZLD élimine ce problème.

Pompes de distillation sous vide

Afin d'obtenir un niveau élevé et constant de séparation des différentes substances lors de la distillation sous vide et de garantir la fiabilité du processus, il est important que le vide dans l'évaporateur soit maintenu de manière très précise. C'est pourquoi il est nécessaire d'utiliser une pompe de haute qualité. Dans le cadre de la distillation sous vide, de très nombreuses technologies de pompage sont utilisées. Pour en savoir plus, lisez l'article Pompes de distillation sous vide.

7. Pourquoi une entreprise devrait-elle utiliser la distillation sous vide à court trajet pour le traitement de l'eau ?

La distillation sous vide est non seulement un processus très respectueux de l'environnement en raison de la consommation d'énergie relativement faible de l'évaporation, mais aussi très économique, comme le montre cette comparaison avec l'élimination des eaux usées industrielles.

En raison de l'utilisation récurrente de l'eau dans la production de l'entreprise, très peu d'eau doit être extraite. Cependant, les économies réalisées sur les coûts d'élimination sont le facteur décisif, ce qui signifie qu'une installation de distillation sous vide est généralement amortie au bout de deux ans environ.

En raison de sa faible consommation d'énergie, une installation de distillation sous vide est également plus rentable que d'autres technologies de traitement de l'eau. En termes de coûts d'eau douce, de coûts d'exploitation et de coûts d'élimination des résidus d'évaporation et des gâteaux de filtration, l'installation de distillation sous vide devance d'autres types de traitement tels que le traitement chimico-physique. Vous trouverez ici une comparaison avec d'autres méthodes de traitement.

8. Problèmes de distillation sous vide

Des entreprises internationales telles que MAN et Audi font quotidiennement confiance au système H2O VACUDEST, qui s'impose dans des domaines tels que la technologie des surfaces, l'industrie métallurgique et de transformation des métaux, ainsi que dans les entreprises d'élimination des déchets et d'aviation. Les technologies Clearcat et Purecat démontrent également leurs atouts uniques lorsqu'il s'agit d'eaux usées industrielles huileuses.

Pour en savoir plus sur les limites de la distillation sous vide, ainsi que sur nos conseils pour une solution optimale en matière d'eaux usées, veuillez lire notre article Limites d'application de la distillation sous vide.

La distillation sous vide n'est pas seulement utilisée dans le traitement des eaux usées industrielles. Elle est également utilisée dans la production de boissons alcoolisées, dans le raffinage du pétrole et dans les laboratoires.