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Chapitre III Absorption
Chapitre III Absorption
Chapitre III Absorption
AHMEDCHEKKAT
Absorption chimique : elle correspond à la dissolution d’un soluté dans un liquide avec
formation d’un composé chimique plus ou moins stable
I.2 Terminologie
Le soluté ou absorbât : est le gaz (ou vapeur) contenu dans le gaz porteur, que l’on doit
extraire par dissolution dans le liquide.
Le diluant ou inerte : est le gaz (ou vapeur) mélangé au soluté. Il est souvent insoluble ou peu
soluble dans le solvant.
Gaz riche : le mélange diluant-soluté.
Gaz épuisé : le gaz dépourvu du soluté.
L’absorbant ou solvant : est le liquide destiné à dissoudre le soluté.
Solution riche : est la solution obtenue par dissolution du soluté dans le solvant.
Loi d’HENRY : « A l’équilibre, la pression partielle d’un gaz au dessus d’un liquide dans
lequel le gaz est soluble est proportionnelle à la teneur du gaz dans le liquide ».
p=H c . C ou p=H x . x
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
H c ou H x : Constante d’HENRY .
En tenant compte de la loi DALTON :
p= y . Pt
Cette relation est valable pour les gaz parfaits.
p : pression partielle du soluté dans la phase gazeuse (atm) ;
y : titre molaire du soluté dans la phase gazeuse ;
Pt : pression totale du système.
En égalant les deux expressions de la pression partielle, on a :
' Hx .x
H x . x= y . Pt d où y=
Pt
Hx
En posant : m=
Pt
On obtient : y=m. x
C’est une droite de pente m passant par l’origine, elle est utilisée parfois pour tracer la courbe
de distribution.
m : joue le même rôle que le coefficient de partage dans l’extraction liquide-liquide.
Cette loi s’applique à des solutions très diluées de gaz dans un liquide et à de faibles pressions
partielles de gaz.
Loi de RAOULT : « A température constante, pour un gaz parfait en équilibre avec une
solution idéale, la pression partielle du soluté dans la phase gazeuse est égale au produit de
la pression maximale de vapeur du soluté par son titre molaire dans la solution ».
p=x . P 0
P0
y= .x
Pt
P0
Cette formule permet de tracer la courbe de distribution, laquelle est une droite de pente
Pt
passant par l’origine.
La loi de RAOULT est une loi limite valable pour les mélange parfaits ou idéaux (constitués
de corps de structures voisines).
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
Gaz épuisé
La fraction non recyclée de solution peu riche peut être rejetée, ou régénérée. On peut encore
envoyer cette solution dans une autre colonne où elle sert de solvant (figure I.3). Le dispositif
correspondant à recirculation de solution avec plusieurs colonnes, réalise une absorption
méthodique avec le minimum de solvant.
Gaz épuisé
Gaz riche
solution riche
Appoint de solvant
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
VS yS LE xE
Gaz épuisé Solvant
z
V VL L
y x
VE yE Ls xs
Gaz riche Solvant riche
On considérera pour cette étude que le diluant ou inerte est insoluble dans le solvant et qu’il
n’ya pas de solvant entraîné dans la phase gazeuse
Bilan matière global : VE+ LE= Vs+Ls
Bilan matière global aux frontières : VE+ L= V+Ls
Bilan partiel soluté : VE.yE+L.x= V.y+Ls.xs
L VE Ls
Équation de la droite opératoire : y= x+ yE − xs
V V V
Faible concentration :
Dans le cas des faibles concentrations, on peut considérer que les débits de gaz et de liquides
sont constants tout au long de la colonne d’absorption. Donc on a: VE=VS=V et LE=LS=L
La droite opératoire devient donc :
L L
y= ( x −x s ) + y E ou bien : y S = V ( x E −x s ) + y E
V
Pour le tracé de la droite opératoire, il suffit de connaître les caractéristiques des courants
liquides et gazeux entrant et sortant.
Si l’on suppose le débit du gaz V et sa composition (y E ,ys) connus ainsi que la composition
du solvant xE connue, la position de la droite est définie soit par le débit L , soit par xE.
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
y
L
yS = ( x −x ) + y E yE
V E s
B
Courbe d’équilibre
ys H
xE xs x
Figure I.5 : Diagramme d’équilibre et droite opératoire pour l’adsorption.
yE B’
ys H
xE xs xm x
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
Le point B’ est l’intersection entre la courbe d’équilibre et l’horizontale qui passe par le titre
molaire d’alimentation gazeuse yE. xm est l’abscisse du point B’.
ys =( VL )
min
( x E−x m ) + y E
y s− y E
D’où : ( VL )min
=
x E− xm
A partir de ce taux de solvant minimum, on calcule le taux de solvant optimal par la relation
L L
suivante : ( )
V opt
=K. ( )V min
Ainsi on peut placer le point B (xs, yE), et tracer la droite passant par les points H et B, puis il
est possible de déterminer graphiquement le nombre de plateaux théoriques :
y
yE B
ys H 1
xE xs x
Figure I.7 : Détermination du nombre d’étage théorique.
Forte concentration :
Dans ce cas les éléments qui restent constant tout au long de la colonne sont :
Le débit de solvant pur S, lié au débit de solvant par :
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
En remplaçant les titres molaires par les rapports molaires, l’équation de la droite opératoire
devient:
s S
Y= . X +Y E − . X s
D D
Ou bien :
s
Y= ( X− X s ) +Y E
D
On trace la droite opératoire de la même manière précédente mais dans un repère (X,Y)
I.5 Désorption
Dans la pratique industrielle, l’absorption est généralement suivie par l’opération de
désorption, laquelle est destinée à la récupération du soluté dissous dans le solvant et à la
régénération de celui-ci afin de le faire entrer à nouveau en service.
La désorption est généralement réalisée par chauffage de la solution ou par injection de
vapeur dans celle-ci circulant dans le désorbeur.
Appoint de solvant
Gaz épuisé soluté
Réfrigérant
Échangeur
Absorbeur Désorbeur
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Chapitre I : Absorption et désorption Dr. F. AHMEDCHEKKAT
Gaz riche
ys H
yE B
xs xE x
Figure I.9 : Diagramme d’équilibre et droite opératoire pour la désorption.