Échanges de matière entre phase gazeuse et phase liquide

Thèmes abordés

Phase gazeuse, phase liquide, fluide, coefficient de diffusion, équation de Chapman-Enskog, volume molaire, constante de Boltzman, relation de Hayduk et Minhas, soluté, relation de Onda, équilibre thermodynamique, nombre de Hatta, réaction chimique, stripage, gaz, loi de Henry, colonne d'absorption, pression linéique

Résumé du document

Dans un même fluide à température et pression constante il y a diffusion de matière entre deux points de ce fluide si entre ces deux points il y a une différence de concentration d'un constituant donné. Le flux de matière, se dirigeant dans les trois directions de l'espace, a toujours lieu, de la concentration la plus forte à la concentration la plus faible.
La diffusion s'effectue plus facilement dans les gaz que dans les liquides et que dans les solides. Le coefficient de diffusion est fonction de la température et de la pression.
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On représente souvent le mécanisme d'absorption physique d'un soluté entre une phase gazeuse et liquide suivant le modèle du double film.
Dans le modèle du double film, le régime est considéré permanent avec dans chacune des phases des concentrations constantes en dehors des films. La diffusion s'effectue perpendiculairement à l'interface et d'une manière unidirectionnelle. Dans la pratique, il est très compliqué de mesurer les concentrations à l'interface, et par approximation, on considère les concentrations de la phase liquide et gazeuse en équilibre thermodynamique.
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L'opération unitaire d'adsorption est une opération de transfert d'un ou plusieurs solutés d'une phase gazeuse vers une phase liquide. Le gaz inerte contenant le ou les solutés est le diluant, le liquide absorbant le soluté est le diluant. L'opération unitaire de stripage est à l'inverse une opération de transfert dans soluté d'un solvant liquide vers un diluant gazeux.
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Extraits

[...] Les données récoltées dans la littérature concernant la diffusion sont les suivantes : Solubilité du soluté dans le solvant Coefficient de diffusion du réactif A dans la phase liquide : . Coefficient de diffusion du réactif B dans la phase liquide : . Le procédé utilisé pour la mise en contact ; une colonne à garnissage, des phases permet de déterminer l'aire interfaciale volumique d'échange et le coefficient global de transfert de matière dans le film liquide. a = 2×10-2 m2.m-3. KL = 0,8×10-4 m.s-1. [...]

[...] Dans ces conditions le coefficient de la droite d'équilibre suivant la loi de Henry est de 2,5. Etape 1 Flux et titre du gaz en sortie de colonne . Etape 2. Equation de la droite opératoire. Etablissons le bilan de matière en soluté entre le haut de la colonne et le plateau n. Pour le soluté la somme des entrées dans la colonne est égale à la somme des sorties. Gn × xn + Le × xe = Ln × xn + Gs × ys D'où nous tirons ; Dans le cas de faibles concentrations en soluté. [...]

[...] ETIENNE (A.). Introduction au génie des procédés. Coordonnateur : RONZE Didier. Tech et Doc 2008. Lefrançois, « Chimie industrielle, Cours et problèmes résolus », Tec & Doc, pp 223-230, Paris (1995). Le pétrole, raffinage et génie chimique, 2e éd. WUITHIER (P.). Technip (1972). Mass transfer operations, 2e éd. TREYBALL (R.E.). McGraw Hill (1968). Modélisation en génie des procédés par analyse dimensionnelle. [...]

[...] Dans ces conditions le flux massique du gaz à l'entrée dans la colonne est de : Le flux massique du solvant à l'entrée dans la colonne est de : En l'absence de donnée sur le coefficient de diffusion binaire du dioxyde de carbone dans l'eau nous pouvons estimer sa valeur à partir de la relation de Wilke et Chang . Le solvant étant l'eau ø est égal à 2,6. La viscosité dynamique de 1,4 ×10-3 Pa s = 1,4 cP et par lecture du tableau le volume molaire du soluté au point normal d'ébullition pour le dioxyde de carbone est de 34 . cm2 s-1 m2 s-1. EC 7.2.2 Conditions d'engorgement de la colonne. Vérifions si les conditions de fonctionnement de cette colonne est en adéquation avec les règles fixant son engorgement. A l'abscisse de Sherwood. [...]

[...] Une pression élevée ainsi qu'une élévation de température sont favorables à la désorption. L'opération de stripage permet d'extraire d'une solution un soluté désiré ou de purifier le solvant de cette solution. Par exemple on peut éliminer l'excès de dioxyde de carbone contenu dans une eau d'aquaculture. L'étude de l'opération de stripage s'effectue de la même façon que l'absorption à partir de la courbe d'équilibre et de la droite opératoire suivant la figure 7.20. 7.1 Stripage à la vapeur. Dans cette variante la solution est alimentée à contre-courant d'une vapeur d'un diluant parfaitement neutre par rapport au soluté et solvant. [...]