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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- Version courante de déc. 2016 par Lian-Ming SUN, Francis MEUNIER, Nicolas BRODU, Marie-Hélène MANERO
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2. Isothermes d’adsorption
Les capacités des adsorbants à adsorber les différents constituants d’un mélange constituent le facteur le plus déterminant pour les performances de la majorité des procédés d'adsorption. Il est par conséquent essentiel de bien connaître les propriétés d’équilibre adsorbat-adsorbant pour pouvoir concevoir et dimensionner correctement les procédés d’adsorption.
Les quantités adsorbées à l’équilibre pour un système adsorbat – adsorbant sont généralement caractérisées par des isothermes d’adsorption déterminées à une température donnée :
avec :
- ni :
- la quantité adsorbée du constituant i généralement exprimée en nombre de moles ramenée à l’unité de masse d’adsorbant (mol.kg–1)
- p :
- les pressions partielles (Pa)
- T :
- la température (K)
- c :
- les concentrations dans la phase fluide (mol.m–3).
Pour un système gaz-solide, on peut utiliser soit les concentrations, soit les pressions partielles tandis que pour un système liquide-solide, les concentrations sont utilisées.
Les isothermes d’adsorption sont souvent connues expérimentalement en utilisant des méthodes gravimétriques, volumétriques ou chromatographiques . Ces données expérimentales sont ensuite corrélées par des modèles...
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Isothermes d’adsorption
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRECK (D.W.) - Zeolite Molecular Sieves - . Wiley Interscience, New York, 1974.
-
(2) - KÄRGER (J.), RUTHVEN (D.M.) - Diffusion in Zeolites and Other Microporous Solids - . John Wiley & Sons, Inc., New York, 1992.
-
(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
-
(4) - MARSH (H.), HEINTZ (E.A.), RODRIGUEZ-REINOSO (F.) - Introduction to Carbon Technologies - . University of Alicante, Secretriado de Publicaciones, Spain, 1997.
-
(5) - RUTHVEN (D.M.) - Principle of Adsorption and Adsorption Processes - . Wiley, New York, 1984.
-
(6) - TIEN (C.) - Adsorption Calculations and Modelling - . Butterworth-Heinemann, Boston, 1994.
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