Absorbeur de gaz

Les absorbeurs de gaz sont utilisés pour éliminer les contaminants des flux de gaz, tels que le gaz de fuite d’un gaz d’échappement. Un absorbeur de gaz utilise une colonne, contenant souvent un matériau d’emballage aléatoire ou structuré. Les absorbeurs à lit garni utilisent des flux de gaz et de liquide qui circulent à contre-courant les uns par rapport aux autres. Le gaz contaminant est absorbé dans le flux liquide, ce qui entraîne une réduction des contaminants dans le gaz de sortie. Le processus d’absorption dépend fortement des paramètres de fonctionnement, qui doivent être étudiés afin d’optimiser le processus. Ici, nous étudierons l’absorption du dioxyde de carbone dans l’eau et examinerons comment les paramètres de fonctionnement affectent la séparation et l’efficacité du système.

Une unité d’absorption de gaz utilise le contact avec un solvant liquide pour éliminer la substance d’un mélange gazeux. La masse est transférée du mélange gazeux au solvant, les deux phases étant proches de l’équilibre. Ensuite, la séparation de la phase gazeuse liquide se produit. Le bilan matière global de l’absorbeur est illustré ici, où V et L sont respectivement les débits de vapeur et de liquide, de sorte que le bilan matière du composant absorbé A incorpore la fraction molaire de A dans les phases vapeur et liquide. Le coefficient de transfert de masse global est la vitesse à laquelle la concentration d’une espèce se déplace d’un fluide à l’autre. Ici, KG est le coefficient de transfert de masse global, PAG est la pression partielle du gaz absorbé, P étoile A est la pression d’équilibre de la loi de Henry, A est la surface effective de transfert de masse, Z est la hauteur de la garniture et GS est le débit molaire de gaz par section transversale de la colonne. Le transfert de masse dépend des coefficients de transfert de masse dans chaque phase et de la quantité de surface interphasiale disponible dans l’absorbeur. La loi d’Henry et la loi de Raoult sont appliquées pour calculer les pressions partielles en équilibre avec les concentrations en phase liquide. Dans l’expérience suivante, un absorbeur de gaz à colonne garnie sera utilisé pour absorber le dioxyde de carbone d’un flux de gaz dans l’eau. Les flux de gaz et d’eau pénètrent dans la colonne par le bas et le haut respectivement, ce qui permet un contre-courant. La composition du dioxyde de carbone à l’entrée est contrôlée à l’aide de vannes pour le dioxyde de carbone et l’air. Ensuite, la concentration de dioxyde de carbone dans la sortie est mesurée. Maintenant que nous avons discuté des bases de l’absorption de gaz, voyons comment faire fonctionner l’appareil en laboratoire.

L’équipement utilisé dans cette démonstration est une colonne d’absorption de gaz à contre-courant garnie. La colonne est remplie de selles berl de 13 millilitres à une profondeur de lit de 34 centimètres. Les vannes à l’entrée et à la sortie de la colonne permettent au gaz de s’échapper, tandis qu’un spectromètre infrarouge est utilisé pour mesurer les pressions partielles de CO2 en phase gazeuse. Pour commencer l’expérience, allumez l’interrupteur principal, puis fermez la vanne utilisée pour contrôler la quantité d’eau dans la colonne. Ouvrez complètement la soupape de débit d’air et ouvrez la soupape de réglage de la pression de la colonne. Réglez le débit d’air au niveau souhaité. Utilisez un minimum de 30 litres par minute, puis augmentez à volonté. Réglez la pression de la colonne à environ 0,5 bar à l’aide de la vanne de réglage de la pression. Ensuite, réglez le débit de dioxyde de carbone à partir d’environ quatre litres par minute, puis réglez le débit d’eau, également à partir d’environ quatre litres par minute. Ajustez le débit d’eau tout au long de l’expérience pour maintenir un niveau d’eau constant dans le réservoir. Prélevez et mesurez la concentration de dioxyde de carbone à la base, au centre et à la tête de la colonne à l’aide des manomètres en ligne. Répétez l’expérience en effectuant huit passages. Utilisez deux débits de gaz différents, les débits de liquide et les concentrations de dioxyde de carbone, ce qui permet de déterminer les variables les plus importantes du système. Assurez-vous de laisser le système atteindre un état stable chaque fois qu’un débit est modifié.

Maintenant que nous avons montré comment effectuer l’absorption de gaz, jetons un coup d’œil aux résultats. Tout d’abord, calculez les pressions partielles et les pressions partielles d’équilibre pour chaque passage, puis utilisez les pressions partielles pour calculer les coefficients de transfert de masse. Les valeurs calculées sont indiquées ici sous forme de triangles, tandis que les valeurs prédites, indiquées par la ligne continue, résultent du calcul des lignes de fonctionnement et d’équilibre. Les intervalles de confiance pour les valeurs du modèle et le coefficient de transfert de masse moyen ont été tracés à l’aide de lignes pointillées. Il n’y a pas eu d’écart entre les valeurs prévues et les valeurs réelles, ce qui montre que la colonne est à l’état stable avec un équilibre à l’interface entre les phases liquide et gazeuse. Maintenant, comparons les coefficients de transfert de masse dans les mêmes conditions de fonctionnement. Les valeurs théoriques, indiquées par les lignes vertes et bleues, ont montré des tendances similaires aux données expérimentales. Que le débit de gaz soit élevé ou faible, le modèle et l’expérience se comportent de la même manière, montrant que le débit de gaz avait peu ou pas d’effet sur le coefficient de transfert de masse dans les plages examinées.

Enfin, jetons un coup d’œil à quelques applications de cette technologie dans l’industrie. Les absorbeurs à lit garni sont l’équipement le plus couramment utilisé pour le contrôle de la pollution de l’air. Dans ces cas, les absorbeurs de gaz sont souvent appelés épurateurs. Les épurateurs sont utilisés pour éliminer les fumées corrosives telles que l’acide sulfurique, l’acide nitrique et l’acide chlorhydrique des gaz industriels et des évents des usines chimiques, des raffineries de pétrole et des usines de pâtes et papiers. L’opération d’élimination du gaz absorbé du solvant s’appelle l’effroi. Les décapants sont souvent utilisés en conjonction avec des absorbeurs afin de récupérer le gaz absorbé et de recycler le solvant liquide. Ceci est particulièrement important lorsque les eaux usées contiennent des composants azotés et phosphorés. Auparavant, ces eaux usées étaient expulsées directement dans les océans, mais cela a entraîné une croissance excessive d’algues, appelée eutrophisation, qui à son tour a gravement endommagé les écosystèmes naturels. Vous venez de regarder l’introduction de Jupiter à l’absorption des gaz.

Vous devez maintenant comprendre comment un absorbeur de gaz élimine une impureté d’un flux de gaz, comment faire fonctionner un absorbeur de gaz en laboratoire et comment analyser les données pour comprendre la séparation. Merci d’avoir regardé !