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1 - GÉNÉRALITÉS

2 - PROCÉDÉS DE SÉPARATION PAR ADSORPTION MODULÉE EN PRESSION

3 - PROCÉDÉS DE SÉPARATION PAR ADSORPTION MODULÉE EN TEMPÉRATURE

4 - PROCÉDÉS DE SÉPARATION PAR CHROMATOGRAPHIE

5 - PROCÉDÉS DE SÉPARATION À LIT MOBILE OU LIT MOBILE SIMULÉ

6 - AUTRES PROCÉDÉS D’ADSORPTION

Article de référence | Réf : J2731 v1

Procédés de séparation à lit mobile ou lit mobile simulé
Adsorption - Procédés et applications

Auteur(s) : Lian-Ming SUN, Francis MEUNIER, Gino BARON

Relu et validé le 01 déc. 2022

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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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Auteur(s)

  • Lian-Ming SUN : Expert Groupe, Direction Ingénierie – Air Liquide - Docteur de l’Université Pierre et Marie Curie

  • Francis MEUNIER : Professeur au CNAM, Titulaire de la Chaire Froid et Climatisation, Directeur de l’IFFI

  • 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 Adsorption- Aspects théoriques.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2731


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5. Procédés de séparation à lit mobile ou lit mobile simulé

À côté des procédés à lit fixe présentés dans le paragraphe 4, il existe des procédés dans lesquels soit l’adsorbant est en mouvement (lit mobile), soit des vannes d’alimentation et d’extraction sont actionnées périodiquement simulant un lit mobile.

5.1 Adsorption discontinue en cuve agitée

En phase liquide, on a souvent recours à des opérations discontinues (batch), où l’adsorbant est ajouté au liquide, mélangé en cuve, et ensuite après un certain temps de contact, séparé par filtration ou décantation. Ce mode opératoire est surtout utilisé pour éliminer des impuretés en faible concentration dans le liquide (décoloration, séchage, composés nocifs...) et où l’on dispose d’un adsorbant très sélectif et de faible coût. Dans ce cas, et s’il ne faut pas récupérer les impuretés adsorbées, on peut se permettre de jeter l’adsorbant après usage. Le charbon actif, en poudre ou en grain, est le plus utilisé, puisque l’on peut l’incinérer en même temps que les contaminants.

Quand les impuretés sont en concentrations plus élevées ou quand l’adsorbant n’est pas assez sélectif, il faut répéter l’opération sur le mélange purifié plusieurs fois pour atteindre un niveau de pureté acceptable. L’utilisation de cuves en cascade, dans lesquelles on utilise l’adsorbant séquentiellement en contre-courant avec le liquide à purifier, est alors plus efficace car, en mettant en contact l’adsorbant avec des concentrations de plus en plus élevées, on obtient une meilleure utilisation de sa capacité. Ce type d’opération permet d’utiliser des adsorbants en poudre fine, qui ne peuvent être utilisés en colonne fixe. L’utilisation de particules de faible dimension permet aussi d’éviter la limitation cinétique par transfert de matière interne dans les grains d’adsorbant. Il faut cependant remarquer...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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).

  • (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).

  • ...

1 Fournisseurs

Listes non exhaustives

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2 Sites Internet d’information générale

Liste non exhaustive

http://ias.vub.ac.beInternational Adsorption Society

http://www.iza-online.orgInternational Zeolite Association

http://www.lcgceurope.comJournal de chromatographie

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