Tp Compte Rendu 1

TP2 : ABSORPTION

Etude hydrodynamique de la colonne Introduction On se propose dans cette étude de déterminer le débit d’engorgement et de calculer le facteur de garnissage de la colonne. Le débit de liquide est fixé constant de manière à avoir la mouillabilité totale du garnissage. Le débit de gaz varie, et par conséquent sa vitesse, jusqu’à obtenir l’engorgement de la colonne.

1- Conditions opératoires L’étude de l’hydrodynamique de la colonne est réalisée pour les phases suivantes : Phase Espèce considérée Débit

Liquide eau 10 (L/h)

Gaz air G (m3/h)

2- Détermination du débit d’engorgement Nous avons mesuré la hauteur du flotteur sur la colonne indiquant le débit d’air. Grâce à la courbe donnée dans le polycopié nous avons donc pu déterminer le débit d’air G variable. Voici nos résultats : G (cm) 2 3 4 5 6 7 8 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12

G (m3/h) 0,55 0,72 0,89 1,06 1,22 1,39 1,56 1,73 1,82 1,91 1,99 2,09 2,18 2,27

∆P (mm H2O) 5 9 12 15 21 26 31 38 41 46 50 54 59 64

Ln(G) -0,598 -0,329 -0,117 0,058 0,199 0,329 0,445 0,548 0,599 0,647 0,688 0,737 0,779 0,820

Ln (∆P) 1,609 2,197 2,485 2,708 3,045 3,258 3,434 3,638 3,714 3,829 3,912 3,989 4,078 4,159

12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20

2,36 2,46 2,55 2,65 2,74 2,84 2,93 3,03 3,13 3,23 3,32 3,42 3,52 3,63 3,73 3,84

68 74 79 84 90 92 102 108 115 122 125 140 147 154 166 174

0,859 0,900 0,936 0,975 1,008 1,044 1,075 1,109 1,141 1,172 1,200 1,230 1,258 1,289 1,316 1,345

4,220 4,304 4,369 4,431 4,500 4,522 4,625 4,682 4,745 4,804 4,828 4,942 4,990 5,037 5,112 5,159

6.00

5.00

4.00

3.00

Ln(∆P)

Ln P 2.00

1.00

-1.000

-0.500

0.00 0.000

0.500

1.000

1.500

Ln(G)

Sur la courbe, nous pouvons observer 2 cassures. La seconde nous indique le point d’engorgement, soit GE = 2 ,84 m3/h.

3-Détermination du facteur de garnissage L’étude repose sur le fonctionnement à reflux total de la colonne. Pour une perte de charge imposée sur la colonne d’absorption, le facteur Fp de garnissage est défini pour le point de fonctionnement : X=

L G

√

2

ρG ρL

Y

=

U aφ 3 gε

(

ρG ¿ ρL

µL0.2

Avec : -

L débit du liquide U vitesse du gaz dans la colonne (m/s) a surface spécifique du garnissage (m²/m3) '

densité de l eau densité du liquide

-

ϕ une caractéristique du mélange telle que ϕ =

-

ρG masse volumique moyenne de la phase gaz (kg/m3) ρL masse volumique moyenne de la phase liquide (kg/m3) µL viscosité moyenne de la phase liquide (cPo) g = 9,81 m/s² ε porosité du garnissage

Nous avons les données suivantes : -

ρG = 1,29 kg/m3 dans les conditions standards (1 atm et 20°C) ρL = 1000 kg/m3

Calculons l’abscisse X : X=

10 2.84

√

1.29 1000

soit X = 0,126

Pour un débit de gaz au point d’engorgement de 2,84 on a 92 mmH2O, soit 6,77 mmHg pour une hauteur de garnissage de 1,05m. On a donc : perte de charge mmHg hauteur de garnissage

= 6,45 mmHg/m.

En reportant sur la courbe de LOBO pour une abscisse valant 0,126 on trouve : Y = 0.065 On a besoin de la valeur de la vitesse U. Au point d’engorgement on a un débit de 2,84 m3/h et, sachant que le diamètre de la colonne est de 50mm, π D² on détermine la section de la colonne. S = 4

débit d ' air section de la colonne

On calcule alors la vitesse : U =

= 0,401 m/s.

Le facteur de garnissage est défini par : a ε3

Fp =

et avec Y

On trouve Fp =

=

U 2a φ g ε3

Yg U φ µ0.2

(

ρG ¿ ρL

µL0.2

ρL ( ρG )

2

Avec : -

µL = 1 cPo = 1 mPa/s

ϕ = 1 car le liquide considéré est l’eau

Donc on trouve : Fp = 3089.4 m²/m3 En se reportant aux données du constructeur concernant les anneaux Raschig, le facteur de garnissage est évalué à 3300 m²/m3. Calculons l’écart relatif : E=

3300−3089 3300

= 6.4 %

Nos résultats expérimentaux sont proches de ceux trouvés par le constructeur.

Etude de l’absorption réactive du CO2 par la soude Dans cette partie on va déterminer le rendement de l’opération d’absorption en déterminant les débits de CO2 a l’entré et à la sortie de la colonne. Résultats des titrages : Temps Volume HCL (ml) 1er virage Recette

Volume HCL (ml) 2ème virage écart

10 min

20 min

30 min

40 min

50 min

11,8

8

8,6

8,7

8,4

2

3,2

1,6

12,8

3

9,8

4,8

7

-4,1

5,4

Volume HCL (ml) 1er virage Recette Volume HCL (ml) 2ème virage écart

6

5

4,7

4,2

3,8

0,4

0,8

1,3

1,8

2,2

5,6

4,2

3,4

2,4

1,6

TP 4 : Fluidisation

Etude de la fluidisation de l’alumine 1- Pertes de charge du support Dans cette partie, nous avons déterminé les pertes de charges du premier support en fonction du débit d’air injecté dans la colonne. Les résultats collectés pour la petite colonne vide sont détaillés dans le tableau suivant :

Débit d'air 63 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600

mmCE 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 2 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

∆P (Pa) 0 0 0 0 0 0 0 9,8 0 0 0 0 0 19,6 19,6 9,8 0 0 0 0 0 0 0 0 9,8 0 0 0

Nous avons tracé la courbe caractéristique de ces résultats :

25

20

15 Pression (Pa) 10

5

0 0

100

200

300

400

500

600

700

Débit d'air (L/h, CN)

On remarque que la colonne a bien été conçue, car la perte de charge est nulle ou quasi-nulle lorsqu’elle est vide.

2- Pertes de charge de l’ensemble du support/lit de particules Nous avons rempli la petite colonne avec de la poudre d’alumine à une hauteur initiale de 11 cm et nous avons calculé la variation de perte de charge en fonction du débit d’air. Nos résultats expérimentaux sont détaillés dans ce tableau : Débit d'air 63 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

mmCE 33 44 51 67 77 91 104 116 130 142 154

∆P (Pa) 323,4 431,2 499,8 656,6 754,6 891,8 1019,2 1136,8 1274 1391,6 1509,2

280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600

171 179 191 187 186 186 186 186 186 186 186 186 186 186 186 186 186

1675,8 1754,2 1871,8 1832,6 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8 1822,8

2000 1800 1600 1400 1200 Pression (Pa)

1000 800 600 400

Lit

Lit fixe

200 0 0

100

200

300

400

500

600

700

Débit dair (L/h, CN)

On remarque une augmentation régulière de la pression jusqu’à une valeur du débit d’air D(air) = 360 L/h à laquelle la pression se stabilise. La première partie du graphe pendant laquelle la perte de charge dans la colonne augmente avec le débit d’air correspond au lit fixe, c’està-dire que la hauteur du lit d’alumine reste constante. La seconde partie du graphe correspond au lit fluidisé, c’est-à-dire que le débit d’air injecté est capable d’assurer l’expansion du lit d’alumine.

3- Détermination expérimentale minimale de fluidisation

de

la

vitesse