Azéotropes: pourquoi sont-ils difficiles à séparer ?

Ceux qui travaillent dans des industries à forte utilisation de solvants, telles que l’industrie pharmaceutique, chimique, l’imprimerie ou la peinture, savent que tous les mélanges liquides ne peuvent pas être facilement séparés. Certains semblent « résister » à la séparation, comme dans le cas des azéotropes : des combinaisons de liquides qui se comportent anormalement et rendent la distillation traditionnelle inefficace.

Un azéotrope est un mélange de deux ou plusieurs liquides qui, une fois qu’une certaine proportion est atteinte, se comporte comme un « liquide unique » pendant la distillation. En pratique, la vapeur qui se forme a la même composition que le mélange liquide : cela rend inefficace la distillation simple, qui est plutôt basée sur la volatilité différente des composants.

Où se pose le problème ?

Le problème des azéotropes provient du fait que, lors de la distillation, le comportement du mélange ne suit pas les règles habituelles basées sur les points d’ébullition individuels. Bien que l’un des liquides du mélange soit beaucoup plus volatil, les forces intermoléculaires entre les composants les font s’évaporer simultanément. Cela se produit parce que l’équilibre entre la phase liquide et la phase vapeur est atteint de telle manière que la composition ne change pas, même après des cycles répétés d’évaporation et de condensation. En pratique, c’est comme si le mélange se comportait comme une seule substance et restait ensemble, ce qui rend impossible l’obtention d’un composant pur avec la seule distillation.

Un exemple concret : l’éthanol et l’eau. En distillant un mélange d’eau et d’éthanol, il est possible d’augmenter la concentration d’éthanol jusqu’à 95,6 %. À ce stade, l’azéotrope est atteint : le mélange bout à environ 78,1°C et la vapeur a exactement la même composition que le liquide. Nous ne pouvons pas aller plus loin sans méthodes alternatives.

Types d’azéotropes

• Ébullition minimale : Le mélange azéotropique a un point d’ébullition inférieur à celui des composants individuels. Ex : éthanol-eau.
• De l’ébullition maximale : l’inverse, avec un point d’ébullition plus élevé. Ex. : acide chlorhydrique-eau.

Quelques exemples bien connus

• Acétone/Méthanol : azéotrope à 56,5°C
• Chloroforme/Méthanol : azéotrope à 56,5°C
• Acide acétique/Eau : azéotrope à 100,1°C
• Isopropanol/Eau : azéotrope à 80,3°C

Lorsque la distillation classique ne suffit pas, il existe des solutions plus avancées :

• Distillation azéotropique : ajout d’un troisième composant qui « casse » l’équilibre.
• Variation de pression : la modification des conditions de fonctionnement modifie l’équilibre.
• Technologies membranaires : séparation sélective des composants.

Conclusion
Si vous vous retrouvez face à des mélanges difficiles à séparer, il est très probable qu’il s’agisse d’un azéotrope. Savoir comment ils se comportent est la première étape pour traiter efficacement le problème. Si vous souhaitez en savoir plus et comprendre comment nous pouvons vous aider à gérer les solvants azéotropes, contactez-nous : trouvons ensemble la meilleure solution.