Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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 ;
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les fumées de combustion issues des incinérateurs contenant NOx , SO2 , HCl ;
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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 :
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les concentrations des constituants présents dans la phase gazeuse et susceptibles d’être absorbés au sein de la phase liquide sont relativement faibles ;
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les phases se comportent comme des solutions diluées ;
-
le liquide est non volatil ;
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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
Différents types de contacteur gaz-liquide
En anglais
7. Exemples d’applications
De nombreux polluants présents en phase gazeuse sont susceptibles d’être traités par un lavage avec de l’eau. Il s’agit des composés hydrosolubles tels que les cétones, les alcools ou le tétrahydrofurane, par exemple. S’agissant de composés relativement solubles, la valeur des constantes de Henry 2 implique le contrôle du transfert de matière par le film gazeux. Le contacteur le mieux adapté est alors la colonne à garnissage en vrac ou structuré.
Si les composés présents dans l’effluent gazeux sont peu solubles dans l’eau, il est possible de réaliser l’absorption :
-
soit sous pression pour augmenter le potentiel d’échange ;
-
soit en utilisant des solvants organiques lourds.
Afin de réduire les dimensions des contacteurs gaz-liquide, le transfert du polluant peut s’effectuer en présence d’une réaction chimique avec diverses solutions de lavage (acide, basique ou autres).
Les données de base sont en général réduites, à savoir le débit de l’effluent gazeux à traiter, le type de polluant à éliminer et l’efficacité souhaitée d’élimination. À partir de ces données, il faut arriver à dimensionner le contacteur gaz-liquide. Plusieurs exemples sont présentés ci-dessous.
7.1 Absorption d’acétone par de l’eau en colonne à garnissage
Un air chargé en acétone (1 %) dont le débit gazeux (essentiellement constitué d’air) est de 1,39 m3 · s–1 passe à travers une colonne à garnissage dans laquelle est réalisée l’absorption par l’eau de ce composé volatil. La colonne fonctionne dans les conditions normales de travail (20 oC et pression atmosphérique) et l’efficacité demandée est de 95 %. La constante de Henry vaut m = 1,67.
Pour mener le calcul, il est nécessaire de faire des choix concernant :
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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).
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(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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