Connaissances de base en absorption et adsorption

GENIE DES PROCEDES THERMIQUES ABSORPTION ET ADSORPTION
CONNAISSANCES DE BASE EN
CONNAISSANCES DE BASE EN
ABSORPTION
ADSORPTION
L’absorption sert à la séparation d’un ou plusieurs
composants gazeux d’un flux de gaz à l’aide d’un
solvant. Les objectifs de l’absorption peuvent être
divers:
le composant gazeux à séparer est un produit
souhaité.
la production d’un liquide; par exemple la production d’acide chlorhydrique par absorption de
gaz HCl dans l’eau.
Au moins 3 composants participent à l’absorption:
le composant de gaz à séparer (absorbat), le gaz
porteur et le solvant (absorbant).
le composant gazeux à séparer n’est pas souhaité.
Il peut s’agir par exemple d’enlever un produit nocif
d’un flux de gaz de combustion.
Absorption
(pression , température )
Régénération
(pression , température )
L’adsorption sert à la séparation des différents composants
d’un mélange gazeux ou liquide. Le composant à séparer est
lié physiquement ou chimiquement à la surface du solide.
Le composant séparé d’un mélange gazeux ou liquide par
adsorption peut être un produit souhaité mais également un
polluant. Dans le second cas, il peut s’agir par exemple du
lavage des gaz de combustion.
La matière solide est désignée par le terme adsorbant, le
composant adsorbé par adsorbat. Si possible, l’adsorbant doit
lier seulement à l’adsorbat et pas les autres composants du
mélange à séparer. Une grande surface spécifique (porosité
élevée) et une bonne régénérabilité sont d’autres exigences
auxquelles l’adsorbant doit satisfaire. Le charbon actif est un
adsorbant souvent utilisé.
Comme l’adsorption est favorisée par les basses températures et les pressions élevées, la désorption est réalisée à
température élevée et basse pression. Ainsi, par ex. il est
possible d’utiliser de la vapeur d’eau ou du gaz inerte chaud
pour régénérer l’adsorbant.
Si un fluide avec une concentration constante
en composant à enlever (adsorbat) traverse
un adsorbeur à lit fixe, ce composant est
tout d’abord adsorbé dans la zone inférieure
du lit fixe (adsorbant). C’est pourquoi le
fluide sortant de l’adsorbeur ne contient pas
d’adsorbat pendant cette période.
Pendant que le temps progresse, la capacité
d’adsorption dans la zone inférieure du lit
fixe diminue. L’adsorbat est lié petit à petit
à l’adsorbant dans les zones supérieures.
Ceci correspond à la migration de la zone de
transfert de masse (ZTM) avec le temps. Le
perçage de la colonne a lieu lorsque la ZTM
a migré complètement à travers du lit fixe. Sur
toute la hauteur du lit fixe, l’adsorbant n’est
plus capable de lier l’adsorbat. La concentration de l’adsorbat à la sortie de l’adsorbeur
correspond alors à la concentration d’entrée.
Les courbes de perçage sont utilisées
pour le dimensionnement des adsorbeurs
à lit fixe. Leur forme est caractéristique du
comportement de sorption.
Installation d’absorption: 1 flux de gaz avec composant à séparer et gaz porteur, 2 compresseur, 3 solvant, chargé avec le
composant à séparer, 4 solvant régénéré, 5 chauffage, 6 colonne de désorption, 7 composant de gaz séparé,
8 soupape de détente, 9 refroidisseur, 10 pompe, 11 gaz porteur, 12 refroidissement, 13 colonne d’absorption
En fonction du composant gazeux
à séparer, il convient d’utiliser un
solvant qui sépare ce composant de
manière sélective. Dans ce cas, «de
manière sélective» signifie que le
solvant absorbe principalement le ou
les composants à séparer et non pas
le gaz porteur. Les pressions élevées
et les températures basses favorisent
l’absorption. Selon le type de solvant,
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le gaz est absorbé par dissolution
physique (absorption physique) ou
réaction chimique (absorption chimique).
Dans la plupart des cas, une étape
de désorption pour la régénération
du solvant suit l’étape d’absorption pour séparer les composants
du gaz présents dans le solvant.
Les températures élevées ou
les basses pressions réduisent
la solubilité des gaz dans le
solvant, ce qui entraîne l’expulsion des gaz. Le solvant peut
par conséquent être réutilisé et
introduit dans le circuit.
Courbe de perçage idéale d’un adsorbeur à lit fixe:
C0 concentration d’entrée de l’adsorbat dans le fluide, C(t) concentration de l’adsorbat dans le fluide à la sortie de l’adsorbeur
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