Transfert de matière - Opérations à contact permanent

Un appareil échangeur de matière à contact permanent est constitué pour sa partie active d'un fût cylindrique dans lequel s'opère un transfert de matière entre deux phases sans qu'il y ait d'étages matérialisés dans lesquels ce transfert se déroule. Généralement, les deux phases qui échangent de la matière sont des liquides, des gaz, des vapeurs ou même des solides. L'industrie fait un large emploi de ces échangeurs à contact permanent du fait de leur adaptabilité aux conditions de production et de leur coût beaucoup moins important que le coût d'une installation à étages individualisés.

Le fonctionnement d'un échangeur de matière à contact permanent exige une surface de contact entre les deux phases traitées. Pour plus d'efficacité, la surface de contact des deux phases par unité de volume de contacteur doit être la plus élevée possible. Cela favorise la capacité d'échange entre les deux phases. Pour cela on a recours à plusieurs techniques comme le remplissage du contacteur par un garnissage ou une méthode permettant de maintenir la dispersion d'une phase dans l'autre comme les pulsations ou l'agitation. Parmi les garnissages les plus répandus citons les anneaux de Raschig (anneaux en verre ou en céramique) et les selles de Berl. Une autre condition pour avoir un transfert notable est l'existence d'une différence de potentiel entre les deux phases. C'est ainsi que l'équilibre n'est jamais réalisé dans les appareils à contact permanent. Ou du moins s'il est réalisé en un point de la colonne, le restant de la colonne est inopérant.

Les opérations à contact permanent sont couramment utilisées en absorption, distillation, extraction liquide-liquide, séchage, humidification, chromatographie, échange d'ions.

Le transfert de matière s'accompagne presque toujours d'un transfert d'énergie (ou de chaleur). Nous considérerons uniquement les opérations où le transfert de chaleur est négligeable.

De façon générale, on opère à contre-courant sauf à de très rares exceptions comme par exemple lors de l'absorption d'un gaz pur. Les écoulements ont une importance capitale car ces opérations sont sous contrôle cinétique. Nous allons voir l'application des modèles idéaux simples et des modèles plus sophistiqués au calcul de ces opérations.