Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le procédé d’absorption permet de traiter des effluents gazeux contaminés tels que des atmosphères pollués par des composés organiques volatils, des gaz acides ou des fumées de combustion issues d’incinérateurs. Les contacteurs d’un procédé d’absorption sont le siège d’échanges de matière entre une phase gazeuse et une phase liquide dont les compositions chimiques sont différentes. Après la présentation des différents types de contacteurs gaz-liquide, l’article expose les concepts de base du transfert de matière gaz-liquide, puis les principes du dimensionnement de ces équipements. Il termine par des exemples d’applications.
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Michel ROUSTAN : Ingénieur INSA, Docteur ès sciences - Professeur de génie des procédés - Laboratoire d’ingénierie des procédés de l’environnement à l’INSA de Toulouse
INTRODUCTION
Parmi les procédés de traitement de l’air chargé en polluants, l’opération unitaire – absorption – réalisée au sein de contacteurs gaz-liquide, entre dans la catégorie des procédés basés sur un transfert avec récupération directe et est comparable à l’adsorption gaz-solide ou à la condensation . Il s’agit en effet de proposer des solutions pour le traitement d’effluents gazeux contaminés tels que :
-
des atmosphères contenant des composés organiques volatils (COV) de type composés oxygénés : acides gras volatils, alcools, cétones, dérivés chlorés. Les émetteurs de COV sont essentiellement les transports et les industries utilisatrices de solvants ;
-
les fumées de combustion issues des incinérateurs contenant NOx , SO2 , HCl ;
-
les gaz acides à base de HCl, HF, H2 S et CO2 ;
-
des effluents contenant des composés odorants de type soufrés (H2 S, CH3 SH), azotés (NH3 , CH3 NH2 ) ou oxygénés (acétone, acide acétique). Les principales sources sont les stations d’épuration d’eaux usées, les industries agroalimentaires (conserveries, équarrissages), les papeteries et les industries chimiques.
Au sens où nous l’entendons dans cet article, l’absorption est l’opération unitaire dont le principe est basé sur le passage d’un ou de plusieurs constituants d’une phase gazeuse dans une phase liquide. Il s’opère des échanges (ou transferts) de matière entre une phase gazeuse et une phase liquide dont les compositions chimiques sont différentes. Ce transfert de matière mis en jeu s’effectue au sein de contacteurs (ou réacteurs) gaz-liquide dans lesquels les deux phases sont mises en contact pour favoriser les échanges de matière.
Le dimensionnement de ces appareils repose sur un certain nombre de concepts fondamentaux qu’il est indispensable de rappeler ici, sans toutefois entrer dans les détails de certaines démonstrations qui ont fait par ailleurs l’objet de nombreuses publications.
Les points suivants seront ainsi abordés :
-
les différents types de contacteurs gaz-liquide ;
-
les concepts de base du transfert de matière gaz-liquide ;
-
les principes du dimensionnement des absorbeurs ;
-
la mise en œuvre des absorbeurs à travers des études de cas.
Nous supposerons que :
-
les concentrations des constituants présents dans la phase gazeuse et susceptibles d’être absorbés au sein de la phase liquide sont relativement faibles ;
-
les phases se comportent comme des solutions diluées ;
-
le liquide est non volatil ;
-
le gaz vecteur est insoluble dans le liquide et se comporte comme un inerte ;
-
l’absorption se déroule de façon isotherme ;
-
les débits des phases gazeuse et liquide peuvent être considérés comme constants entre l’entrée et la sortie de l’absorbeur.
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Présentation
Absorption physique : dimensionnement du contacteur
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4. Caractéristiques des échangeurs gaz-liquide
Les performances d’absorption dépendent des caractéristiques hydrodynamiques liées à l’écoulement des phases au sein des contacteurs. Un certain nombre de grandeurs sont nécessaires pour mieux dimensionner un échangeur gaz-liquide.
-
Diamètre des inclusions : bulles (dB) et gouttes (dg )
Le diamètre des inclusions (bulles et gouttes) dépend du type de distributeur de gaz ou de liquide et des propriétés physico- chimiques des phases en présence. Le diamètre des bulles varie entre 1 et 5 mm avec une valeur moyenne autour de 3 à 4 mm pour des systèmes aqueux ne contenant pas d’électrolyte. Le diamètre des gouttes varie dans une gamme de 0,4 à 2 mm.
-
Vitesse de déplacement des inclusions
Pour le calcul de la vitesse de déplacement U g des gouttes (en m · s–1) tombant sous l’effet de la gravité dans une phase gaz, il faut utiliser les relations générales suivantes :
avec :
- CD :
- coefficient de traînée
- Δ ρ :
- différence des masses volumiques des phases (kg · m–3)
- dg :
- diamètre de l’inclusion (m)
- ρG :
- masse volumique de la phase gazeuse (kg · m–3) ;
et
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Caractéristiques des échangeurs gaz-liquide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MARTIN (G.), LAFFORT (P.) - Odeurs et désodorisation dans l’environnement. - Tec & Doc, Lavoisier, Paris (1991).
-
(2) - LE CLOIREC (P.) - Les COV dans l’environnement. - Tec & Doc, Lavoisier, Paris (1998).
-
(3) - ROUSTAN (M.) - Transferts gaz-liquide dans les procédés de traitement des eaux et des effluents gazeux. - Tec & Doc, Lavoisier, Paris (2003).
-
(4) - TREYBAL (R.E.) - Mass Transfer Operations. - McGraw-Hill, New York, (1968).
-
(5) - COULSON (J.M.), RICHARDSON (J.F.) - Chemical Engineering. - Pergamon Press, Oxford (1991).
-
(6) - PERRY (R.H.), CHILTON (C.H.) - Chemical Engineer’s Handbook, 5e edition. - MacGraw-Hill, New York (1973).
-
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