Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article aborde les aspects pratiques des principaux procédés d’adsorption. Souples, utilisables en séparation pour le fractionnement ou la purification d’un mélange gazeux, les procédés d’adsorption fonctionnent pour la plupart en discontinue avec une phase d’adsorption suivie d’une phase de régénération des adsorbants. Cette phase a lieu souvent in situ et en dynamique, par modulation de la pression totale, de la température ou des concentrations. En pratique, il est assez fréquent d’utiliser une combinaison de plusieurs méthodes de régénération dans un même procédé d’adsorption.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Lian-Ming SUN : Expert Groupe, Direction Ingénierie – Air Liquide - Docteur de l’Université Pierre et Marie Curie
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Francis MEUNIER : Professeur au CNAM, Titulaire de la Chaire Froid et Climatisation, Directeur de l’IFFI
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Gino BARON : Professeur au Département de Génie Chimique de la Vrije Universiteit Brussel (VUB), Belgique
INTRODUCTION
Les procédés d’adsorption sont souples. Ils sont utilisables aussi bien pour le fractionnement d’un mélange gazeux ou liquide lorsque celui-ci comporte une fraction importante de constituants adsorbables (typiquement > 10 %) que pour la purification d’un mélange ne contenant que quelques pour-cent de constituants adsorbables.
La séparation par un procédé d’adsorption est, par nature, discontinue avec une phase d’adsorption suivie d’une phase de régénération destinée à restaurer les capacités d’adsorption des adsorbants.
En de rares occasions, les adsorbants sont régénérés hors site ou simplement remplacés avant leur saturation, lorsque plusieurs des facteurs suivants sont réunis : adsorbants très bon marché, adsorbants très difficiles à régénérer, ou présence d’impuretés nécessitant une destruction (des dioxines, par exemple).
Dans la majorité des procédés d’adsorption, les adsorbants sont régénérés in situ en dynamique par modulation de la température, de la pression totale ou des concentrations. Le fonctionnement de ces procédés est souvent cyclique, avec l’emploi de plusieurs adsorbeurs fixes (éventuellement accompagnés par une ou plusieurs capacités de stockage) ou d’un adsorbeur tournant pour assurer une production continue. Certains procédés fonctionnent cependant en continu, avec un contact à contre-courant entre le fluide et les adsorbants, utilisant parfois des lits mobiles ou fluidisés, mais le plus souvent des systèmes à lit mobile simulé.
L’adsorption peut être utilisée également pour des applications autres que la séparation, telles que les machines thermiques, le piégeage ou le stockage de gaz, qui sont basées uniquement sur la capacité des adsorbants à retenir des gaz et non sur l’adsorption sélective.
Dans ce dossier, nous allons aborder les aspects plus pratiques des principaux procédés d’adsorption. Pour les aspects plus théoriques de l’adsorption le lecteur se reportera au dossier .
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Procédés de séparation par chromatographie
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3. Procédés de séparation par adsorption modulée en température
Dans un procédé de séparation par adsorption modulée en température (TSA : Temperature Swing Adsorption ), la régénération des adsorbants est réalisée par l’élévation de la température de ces adsorbants.
3.1 Méthodes de régénération thermique
Les principales méthodes de régénération thermique concernent la régénération des lits fixes. Néanmoins, des systèmes rotatifs sont également utilisés.
HAUT DE PAGE3.1.1 Lit fixe à chauffage direct
La méthode de loin la plus utilisée est celle du chauffage direct. Elle peut s’appliquer simplement à un lit fixe dans lequel l’adsorbant est distribué en vrac et qui est soumis au balayage par un gaz chaud pendant la régénération. Les gaz chauds utilisés peuvent être de l’air, des gaz inertes ou encore de la vapeur d’eau.
Les systèmes à chauffage direct présentent le gros avantage de la simplicité de l’adsorbeur, qui ne comprend aucun échangeur interne.
En revanche, ils présentent plusieurs inconvénients majeurs :
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le produit récupéré est fortement dilué dans le gaz porteur ;
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de plus, si le gaz porteur est de la vapeur et que le produit à récupérer est un solvant soluble, cela empêche de le récupérer au cours d’une condensation ultérieure ;
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la phase de régénération est toujours très longue à cause du peu de chaleur sensible qui peut être prélevée sur le gaz chaud.
3.1.2 Lit fixe à chauffage (et refroidissement) indirect
Dans ces conditions, l’utilisation d’un chauffage indirect est attractive : le produit récupéré est très concentré et la phase de récupération de chaleur peut être beaucoup plus brève. En revanche, l’inconvénient de cette méthode est qu’il faut placer un échangeur quelque peu sophistiqué...
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Procédés de séparation par adsorption modulée en température
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SUN (L.-M.), MEUNIER (F.) - Adsorption. Aspects théoriques. - J 2 370 Techniques de l’Ingénieur (2003).
-
(2) - CHEREMISINOFF (N.P.), CHEREMISINOFF (P.N.) - Carbon adsorption for pollution control. - PTR Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ (1993).
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(3) - COONEY (D.O.) - Adsorption Design for Wastewater Treatment. - CRC Press, Boca Raton (1999).
-
(4) - CRITENDEN (B.), THOMAS (W.J.) - Adsorption Technology and Design. - Butterworth Heinemann, Oxford (1998).
-
(5) - DABROWSKI (A.) - Adsorption and its Applications in Industry and Environmental Protection. - Elsevier, Amsterdam (1999).
-
(6) - FAUST (S.D.), ALY (O.M.) - Adsorption processes for water treatment. - Butterworth, Boston (1987).
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...
Listes non exhaustives
HAUT DE PAGE2 Sites Internet d’information générale
Liste non exhaustive
http://ias.vub.ac.be International Adsorption Society
http://www.iza-online.org International Zeolite Association
http://www.lcgceurope.com Journal de chromatographie
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