Aires interfaciales et coefficients de transfert de matière
Absorption avec réaction chimique

Nombreuses sont les applications industrielles où une espèce gazeuse est transférée d’un mélange de gaz dans une phase liquide contenant un ou plusieurs réactifs avec le(s)quel(s) le gaz dissous peut réagir. On peut citer, par exemple, les procédés en phase liquide comme les hydrogénations, les oxydations, les halogénations... ou encore les procédés de lavage de gaz (H₂S, SO₂ , NO_x , Cl₂ , HCI, HF, COV (*)...) dans la lutte contre la pollution de l’air, voire les procédés biologiques ou les procédés de fabrication de produits purs.

Les performances globales de l’absorbeur, rendements et sélectivité, dépendent des phénomènes mis en jeu :

• équilibres thermodynamiques à l’interface (solubilités) ;

• lois de transport dans les phases (diffusivités) ;

• lois de transfert au voisinage des interfaces (coefficients de transfert, aires interfaciales) ;

• cinétiques des réactions chimiques (schémas réactionnels, constantes cinétiques, ordres de réactions).

Selon le système considéré, notamment en fonction des temps caractéristiques de transfert, de transport ou de réaction, l’absorbeur devra être choisi soit en fonction de ses performances du point de vue transfert de matière, soit en fonction du volume de liquide mis en jeu. En conséquence, les absorbeurs utilisés dans l’industrie ont des formes très diverses :

• réacteurs tubulaires à bulles, à gouttes, à film tombant, à garnissage, à plateaux ;

• réacteurs à cuve agitée mécaniquement ;

• réacteurs de type jets ou venturis.

Le but de cet article est de donner les outils indispensables au choix d’un absorbeur et à sa mise en œuvre dans des conditions hydrodynamiques et énergétiques optimales. Le fonctionnement est bien entendu lié aux différents paramètres des phénomènes mis en jeu. Ensuite, le dimensionnement et l’extrapolation du réacteur nécessitent l’établissement d’un modèle mathématique comportant une théorie de l’absorption avec réaction chimique en rapport avec la réalité et bien adapté à l’objectif visé.

C’est pourquoi nous présenterons :

• la théorie de l’absorption avec réaction chimique, qui est nécessaire à l’établissement du modèle du réacteur ;

• les techniques de mesure des paramètres caractérisant le transfert de matière, qui interviennent dans ce modèle.