Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Lian-Ming SUN : Docteur de l’Université Pierre et Marie Curie - Expert, Centre de Recherche Claude Delorme - Air Liquide
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Francis MEUNIER : Professeur au Conservatoire national des arts et métiers (CNAM), - Chaire Froid et Climatisation, - Directeur de l’Institut français du froid industriel (IFFI)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La technologie de séparation par adsorption constitue aujourd’hui une des technologies de séparation les plus importantes, en particulier parmi les technologies qui ne sont pas basées sur l’équilibre vapeur-liquide. Elle est largement utilisée pour la séparation et la purification des gaz et des liquides dans des domaines très variés, allant des industries pétrolières, pétrochimiques et chimiques, aux appli-cations environnementales et pharmaceutiques. Les applications industrielles typiques sont la production des gaz industriels (oxygène, azote, hydrogène), la séparation des hydrocarbures (paraffines linéaires et ramifiés, par exemple), les traitements de l’air, des eaux et des effluents pour élimination de polluants (composés soufrés, odeurs, COV...), le séchage, la production de médicaments, etc.
La séparation par adsorption est basée sur une adsorption sélective (soit thermodynamique soit cinétique) des différents constituants gazeux ou liquides par des adsorbants grâce à des interactions spécifiques entre les surfaces des adsorbants et les molécules adsorbées. Une des caractéristiques essentielles de la technologie d’adsorption réside dans son fonctionnement transitoire et généralement cyclique puisque, après une phase d’adsorption, les adsorbants doivent être régénérés partiellement ou complètement pour une prochaine utilisation. Ce fonctionnement dynamique conduit souvent à une certaine complexité des procédés d’adsorption en terme des équipements, du contrôle des procédés, du dimensionnement et de l’optimisation des procédés. Les performances de séparation dépendent en effet, d’une manière non triviale, non seulement des propriétés thermodynamiques, mais également des propriétés cinétiques et hydrodynamiques.
Les différents aspects des procédés d’adsorption font l’objet de deux articles séparés. Dans le premier article, nous allons présenter les considérations théoriques des procédés d’adsorption, tels que les adsorbants, la modélisation des isothermes d’adsorption, les phénomènes de transport dans les grains d’adsorbant et les comportements dynamiques d’un lit (fixe) d’adsorbant. Les aspects plus pratiques des procédés d’adsorption sont traités dans l’article [J 2 731].
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VERSIONS
- Version courante de déc. 2016 par Lian-Ming SUN, Francis MEUNIER, Nicolas BRODU, Marie-Hélène MANERO
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Isothermes d’adsorption1. Adsorption et adsorbants
1.1 Adsorption
L'adsorption est le processus au cours duquel des molécules d'un fluide (gaz ou liquide), appelé un adsorbat, viennent se fixer sur la surface d'un solide, appelé un adsorbant. Par la surface du solide, on sous-entend les surfaces externes et internes engendrées par le réseau de pores et cavités à l'intérieur de l'adsorbant.
Il existe deux types de processus d'adsorption : adsorption physique ou physisorption et adsorption chimique ou chimisorption. Dans le cas de l'adsorption physique, la fixation des molécules d'adsorbat sur la surface d'adsorbant se fait essentiellement par les forces de Van der Waals et les forces dues aux interactions électro-statiques de polarisation, dipôle et quadrupôle pour les adsorbants ayant une structure ionique. L’adsorption physique se produit sans modification de la structure moléculaire et est parfaitement réversible (c'est-à-dire que les molécules adsorbées peuvent être facilement désorbées en diminuant la pression ou en augmentant la température). Dans le cas de l'adsorption chimique, le processus résulte d'une réaction chimique avec formation de liens chimiques entre les molécules d'adsorbat et la surface d'adsorbant. L'énergie de liaison est beaucoup plus forte que dans le cas de l'adsorption physique et le processus est beaucoup moins réversible et même parfois irréversible. Les procédés d’adsorption industriels font intervenir généralement les propriétés de l'adsorption physique et par conséquent seule l'adsorption physique sera abordée dans cet article.
L’adsorption est un processus exothermique qui se produit donc avec un dégagement de chaleur, ce qui peut conduire à un échauffement du solide et à une réduction des quantités adsorbées. Les variations de température sont souvent importantes dans les procédés industriels d’adsorption et peuvent constituer un des principaux facteurs de la dégradation de performances. L’exothermicité d’un système d’adsorption est caractérisée par les chaleurs d’adsorption qui peuvent être mesurées par des techniques calorimétriques ou estimées à partir des isothermes d’adsorption à différentes températures.
HAUT DE PAGE1.2 Adsorbants
Au sens strict, tous les solides sont des adsorbants....
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Adsorption et adsorbants
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRECK (D.W.) - Zeolite Molecular Sieves - . Wiley Interscience, New York, 1974.
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(2) - KÄRGER (J.), RUTHVEN (D.M.) - Diffusion in Zeolites and Other Microporous Solids - . John Wiley & Sons, Inc., New York, 1992.
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(3) - LEVAN (M.D.), CARTA (G.), CARMEN (M.Y.) - Adsorption and Ion Exchange dans Perry’s Chemical Engineers’ Handbook - . 7th ed. McGraw-Hill, New York, 1997
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(4) - MARSH (H.), HEINTZ (E.A.), RODRIGUEZ-REINOSO (F.) - Introduction to Carbon Technologies - . University of Alicante, Secretriado de Publicaciones, Spain, 1997.
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(5) - RUTHVEN (D.M.) - Principle of Adsorption and Adsorption Processes - . Wiley, New York, 1984.
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(6) - TIEN (C.) - Adsorption Calculations and Modelling - . Butterworth-Heinemann, Boston, 1994.
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