Absorption Gaz Liquide PDF [PDF]

Zitiervorschau

PROCEDE INDUSTRIEL DE SEPARATION PAR ABSORPTION GAZ-LIQUIDE

GOURICH (ESTC)

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ABSORPTION GAZ-LIQUIDE

▪ DEFINITION ✔

Absorption : opération qui consiste à séparer un ou plusieurs solutés gazeux par une phase liquide (solvant) : Force motrice = gradient de concentration (Loi de Fick)

✔

2 types d’absorption gaz-liquide : •

Absorption physique

•

Absorption chimique : favorisée par la présence d’une réaction entre la gaz dissous et l’un des constituants de la phase liquide

✔

Principe : l’absorption gaz-liquide est basée sur la solubilité d’un soluté gazeux dans un liquide appelé solvant (cas simple la loi de Henry)

✔

Il sera d’autant plus facile de séparer un soluté gazeux d’une phase gazeuse que sa solubilité en phase liquide est forte (améliorer la solubilité)

ABSORPTION LIQUIDE-GAZ

▪ DOMAINES D’APPLICATION : ✔

✔

Traitement des effluents gazeux industriels : •

lavage des gaz acides (CO2, H2S,…) (SAMIR)

•

Eliminations des composés organiques volatils COV (alcools, cétones, dérivés chlorés,…): Exemple les industries de peinture

Préparations des produits purs : •

✔

Grandes synthèses chimiques et pétrochimiques : •

✔

H2SO4 (OCP) Oxydations, hydrogénations, chlorations,… (Procédés organiques…)

Procédés biologiques d’épuration : •

Transfert d’O2 vers le liquide pour la croissance des bactéries aérobies

•

Transfert d’O3 pour réaliser la désinfection des eaux (virus, bactéries,…)

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DESORPTION LIQUIDE-GAZ

▪ Couplage absorption/désorption : ✔

✔ ✔

✔ ✔

Désorption : Opération qui consiste à séparer un soluté dissous dans une phase liquide par une phase gazeuse, encore appelé stripping (phase gazeuse = vapeur d’eau) Conclusion : L’absorption et la désorption ne se distinguent que par le sens du transfert de matière. Plus souvent, le soluté gazeux transféré est récupéré de la phase liquide et le solvant est recyclé (Problématique: consommation énergétique pour la régénération du solvant) L’objectif du couplage Abs/stripping ⇨ recyclage du solvant Dans les deux opérations unitaires, absorption et désorption, de la matière est transférée d’une phase vers une autre grâce à la mise en œuvre de contacteurs gaz-liquide appelés échangeurs de matière 4

EXEMPLE DE COUPLAGE ABSORPTION/DESORPTION

▪ Couplage absorption/désorption thermique (stripping)

Procédé d’absorption d’un gaz par un solvant régénéré par désorption sans gaz inerte 5

DEMARCHE DE DIMENSIONNEMENT DES CONTACTEURS GAZ-LIQUIDE Stœchiométrie

Mécanisme réactionnel

Température

Cinétique de Propriétés Physiques

Hydrodynamique, Phénomènes de transferts

réaction

Dimensionnement d’un contacteur G/L

Propriétés thermodynamiques GOURICH (ESTC)

Aspects technologiques Rendement

Compositions des phases Hypothèses simplificatrices

Bilans de matière, énergie et force

Conditions aux limites Consommation énergétique

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CARACTERISATION D’UN SYSTEME A L’EQUILIBRE

▪ Equilibre : Condition (critère qualitatif) ✔

Lorsque deux phases homogènes sont en contact et pour chacune des phases aucun changement de composition, alors ces deux phases sont dites à l’équilibre (au sens thermodynamique)

✔

Sens du transfert : Inversement, si deux phases ne sont pas initialement à l’équilibre, il y aura nécessairement transfert des solutés en déséquilibre, toujours de la phase dans laquelle ils se trouvent en excès vers celle où ils se trouvent en défaut (les solutés se déplacent toujours dans le sens des potentiels décroissants)

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EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE ENTRE PHASE GAZ-LIQUIDE

▪ Equilibre : Critère quantitatif ✔

Condition thermodynamique d’équilibre : si plusieurs phases d’un système sont à l’équilibre, le potentiel chimique d’un constituant i est le même dans toutes les phases présentes.

Yi et xi représentent les fractions molaires en phase gazeuse et en phase liquide

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EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE ENTRE PHASE GAZ-LIQUID

▪ Expression générale du potentiel chimique : ✔ Le potentiel chimique du constituant i dans le mélange est défini

par rapport à son potentiel chimique standard μi0 (correspond au corps pur) et son activité ai (référence ai = 1 pour le corps pur)

fi = fugacité du constituant i dans le mélange fi0= fugacité du constituant i dans l’état de référence GOURICH (ESTC)

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EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE ENTRE PHASE GAZ-LIQUIDE

▪ Constantes d’équilibre ✔

La constante d’équilibre d’un constituant est le rapport entre sa fraction molaire dans la phase gazeuse et sa fraction molaire dans la phase liquide :

✔

L’équation suivante permet d’exprimer cette constante d’ équilibre en fonction des paramètres physiquement accessibles interviennent dans le calcul de la fugacité des constituants

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FUGACITE EN PHASE LIQUIDE (SOLUTIONS REELLES)

▪ Coefficient d’activité ▪ Le potentiel chimique du constituant i dans un mélange en phase liquide s’exprime par : γi traduit l’écart entre l’état réel et L’état de référence Corps pur Mélange idéal Non-idéalité ✔ L’état de référence est le composé i dans l’état liquide pur : γi →1 quand la phase liquide est constituée de i pratiquement pur (xi → 1) ✔

La fugacité du constituant i dans le mélange liquide est reliée au coefficient d’activité γ , à la fraction molaire liquide x , à la fugacité de i dans l’état liquide pur f0L , à la température et à la pression du système par la relation :

Liquid phase is represented by an activity coefficient equation GOURICH (ESTC)

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LOI DE HENRY

▪ Loi de Henry : gaz parfait et solution liquide idéale diluée ✔ Cette approche conduit à introduire la constante de Henry définie pour un soluté i dans un solvant S, par l’équation suivante : applicable pour un solvant quasiment pur à T et P du système comme état de référence et pour un soluté i un état de référence correspondant à une dilution infinie.

H est une constante spécifique à chaque soluté/solvant dite « Constante de Henry » H = f(t°C) GOURICH (ESTC)

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SOLUBILITE D’UN GAZ DANS LIQUIDE

▪ Expression de la solubilité d’un gaz dans un liquide ✔ Lors de l’établissement des courbes d’équilibre nécessaire au

dimensionnement des échangeurs de matière, il est usage de relier la fraction molaire du constituant i en phase gazeuse (yi) à sa fraction molaire en phase liquide (xi*) selon l’équation suivante :

✔ L’équation qui relie la solubilité S exprimée par exemple en g de soluté i par m3 de solution est la suivante :

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