Bonjour,
je voudrais retirer un maximum d'alcool contenu dans un air de process. On m'a parlé d'une tour de lavage avec de l'eau.
Sachant que le concentration globale est de 0,3 g/m3 (dont 0,25 g éthanol/m3) , est-ce réalisable ou non ?
Autrement dit, d'après la pression partielle de l'éthanol dans l'air, va-t-il passer dans l'eau ou au contraire va-t-il attirer l'eau à lui (effet assèchant) ?
Merci d'avance
A_R
Bonjour,
Si vous mettez en contact votre air chargé d'éthanol avec de l'eau liquide pure, vous aurez bien les deux phénomènes :
- de l'eau qui s'évapore, mais ce n'est pas gênant pour votre procédé
- de l'éthanol qui passe en phase liquide
Chacun de ces deux transferts de matière se produira jusqu'à l'atteinte de l'équilibre entre phases.
Pour faire simple, dans le domaine de compositions très diluées en éthanol qui est le vôtre, si on fait l'équilibre à 25°C sous pression atmosphérique :
- la pression partielle de vapeur d'eau dans l'air sera égale à la pression de saturation de l'eau à 25°C, soit 3.2 kPa, mais une fois encore, cela n'a guère d'importance si votre but est de sortir l'éthanol de l'air
- le coefficient de partage de l'éthanol ( rapport y1/x1 de la fraction molaire de l'éthanol en phase vapeur à la fraction molaire de l'éthanol en phase liquide) sera m = 0,6 (je ne vous détaille pas le calcul, plus sur demande)
Dans la pratique, on ne fait pas un équilibre statique, mais une circulation à contre-courant du gaz à épurer et du solvant (ici l'eau) dans une colonne. Une condition fondamentale pour que cela marche est que le débit molaire de liquide, L, soit supérieur à mG (coefficient de partage x débit molaire de gaz).
Pour la suite (dimensionnement de la colonne), je vous renvoie au très bon bouquin de C.J. King, "Separation processes" dont j'ai découvert qu'il est désormais disponible en ligne à l'adresse : http://www.escholarship.org/uc/item/1b96n0xv
Je vous remercie pour ces explications.
Si je comprends bien, 60% de l'éthanol reste dans l'air et 40% passe en phase aqueuse.Envoyé par nahco3
Mettons que j'ai un débit d'éthanol de 250 mol/h (45 000 m3/h x 0,255 g / 46 g/mol), il me faut un débit d'eau d'au moins 0,6 x 250 mol/h x 18 g/mol = 2 700 g/h, soit 2,7 L/h.
C'est peu, j'avais pensé avoir besoin de plusieurs m3 d'eau. Me serais-je trompée dans les calculs ?
Pour connaitre la consommation totale d'eau, j'ai besoin d'estimer le débit d'eau qui s'évapore.
Cela est-il facilement calculable ou peut-on négliger le phénomène ?
Je vais regarder de plus près le livre que vous m'avez conseillé. J'espère qu'il sera à ma portée.
Ah non, le coefficient de partage est un rapport de concentrations (fractions molaires), pas de quantités de matière.
Si on met dans une cellule d'équilibre N moles de EtOH, cette quantité va se séparer entre la phase liquide (L moles) et la phase gaz (G moles) de sorte que N = L x1 + G y1 avec y1/x1=0,6 ; Lx1 étant le nombre de moles d'EtOH en phase liquide et Gy1 le nombre de moles en phase gaz
On voi bien que plus on impose qu'il y ait du liquide, plus l'éthanol partira en phase liquide.
Je crains que oui : le débit de phase gaz, c'est avant tout le débit d'air, là vous n'avez pris en compte que le débit (bien plus faible) d'EtOH ! Il faut compter 45000 m3 d'air par heure, soit 45000/0,024 mol d'air par heure (volume molaire d'un gaz parfait à 25°C, 1 atm = 24 L). Le débit minimal d'eau doit donc être d'au moinsMettons que j'ai un débit d'éthanol de 250 mol/h (45 000 m3/h x 0,255 g / 46 g/mol), il me faut un débit d'eau d'au moins 0,6 x 250 mol/h x 18 g/mol = 2 700 g/h, soit 2,7 L/h.
C'est peu, j'avais pensé avoir besoin de plusieurs m3 d'eau. Me serais-je trompée dans les calculs ?
45000/0,024*0,6 mol/h, soit 45000/0,024*0,6*0,018 = 20 t /h, soit aussi 20 m3/h.
Et le débit d'eau ainsi calculé n'est qu'un débit minimal, pour lequel il faudrait une colonne de hauteur infinie. Comme le solvant n'est pas très cher, vous pouvez dépasser allégrement ce débit minimal. Le dimensionnement de la colonne doit ensuite être fait à partir de la concentration résiduelle en alcool que vous acceptez dans l'air purifié.
Le débit évaporé est facile à estimer. Vous pouvez admettre que l'air sort saturé en eau de la colonne, donc la pression partielle de vapeur d'eau y est égale à la pression de saturation, ce qui vous donne la concentration en vapeur de cet air. Vous la multipliez par le débit d'air, et vous avez le débit d'eau évaporée. Mais cette quantité restera minime par rapport à la quantité d'eau nécessaire pour purifier votre gaz.Pour connaitre la consommation totale d'eau, j'ai besoin d'estimer le débit d'eau qui s'évapore.
Cela est-il facilement calculable ou peut-on négliger le phénomène ?
Je vais regarder de plus près le livre que vous m'avez conseillé. J'espère qu'il sera à ma portée.
Merci pour la correction du débit d'eau. Ces notions sont très complexes pour moi.
Je ne voulais pas vous embêter avec le détail du calcul du coefficient de partage, mais je crois que j'en ai besoin pour comprendre.
Si vous avez le temps, ça serait très gentil de votre part.
Je voulais utiliser la loi de Henry Pi = K henry . Ci pour le calcul mais je n'ai pas trouvé la valeur de la constante de Henry pour l'eau... Elle n'existe pas ?
J'utilise la loi des gaz parfaits : P.V = n.R.T pour connaitre le nombre de moles et je divise par la masse molaire pour avoir le débit d'eau.
débit H2O = (3200 Pa * 45 000 m3/h)/(8,314 * 298*18) = 3 227 g/h soit 3,2 L/h.
c'est ça ?
J'ai encore dû me tromper car si je fais le calcul avec les données d'un tableau sur l'humidité relative :
à 25°C, l'air peut contenir jusqu'à 23 g H2O/m3 (saturation). Donc 45 000 m3/h d'air, contiennent 45 000*23 = 90 000 g H2O/h soit 90 L/h...
De toute façon, c'est négligeable devant les 20 m3/h !
Bonjour
Si il s'agit d'un véritable dimensionnement il serait préférable de passer par la simulation, car en réalité les coefficients de partages sont très différents de la théorie (le binaire eau éthanol est loin d'être idéal).
On peut faire ce type de simu avec chemsep ; si tu as des difficultés à l'utiliser je pourrais t'aider à faire la simu.
http://www.chemsep.com/
Complément d'explication sur le coefficient de partage : on part de la relation d'équilibre pour chaque constituant (loi de Raoult pour une solution réelle) :
oùest le coefficient d'activité du constituant i en phase aqueuse (fonction de la composition et de la température)
Comme le fait remarquer Dudulle, le mélange éthanol-eau est loin d'être idéal, par contre le domaine de compositions couvert par votre problème est très limité : on a toujours de l'éthanol très dilué. J'ai donc pris pour
La thermodynamique de votre problème est donc assez facile. Par contre, je suis bien d'accord avec Dudulle sur le fait qu'un vrai dimensionnement suppose d'utiliser des simulateurs (surtout pour les aspects transfert de masse), mais cela n'exonère pas de connaître au moins les méthodes graphiques simplifiées (cf le bouquin de King).
(*) UNIFAC est une méthode d'estimation des coefficients d'activité en phase liquide qui est basée sur la décomposition des molécules en groupes fonctionnels. Les équations sont un peu compliquées, et il y a une grosse base de paramètres, mais une fois sous la forme d'un programme, c'est assez facile d'emploi et plutôt fiable pour des mélanges très divers.
il y a des chose a calculer si on fait simplement barboter l'air a traiter dans de l'eau ayant deja un certain taux d'alcool
mais dans une colonne a contre courant de l'eau pure coule de haut en bas , l'air a epurer arrive en bas , et donne l'alcool qu'elle peut a de l'eau qui en a un peu ... en haut de la colonne l'air est en contact avec de l'eau bien pure : donc sort sans alcool
le debit minimum d'eau pour que ça fonctionne est plutot une histoire de partage du debit dans toute la colonne pour etre sur que tout reste mouillé , quelle matiere choisir pour le garnissage de cette colonne ?
vu le bas prix de l'eau , ce n'est pas forcement le debit d'eau qui doit etre minimisé , c'est peut etre la perte de charge de l'air pour passer a travers la colonne qu'il faut surveiller pour ne pas avoir trop de depense d'energie pour faire passer l'air
quel est le debit d'air ? si c'est petit c'est vraiment un truc qui marchera facilement sans grand frais , peu importe si ça consome 100 ou 1000 fois plus d'eau que le debit theorique
Ce n'est pas si simple, pour commencer l'eau ne coute pas très cher, mais elle n'est pas gratuite non plus, de plus le prix de la colonne est impactée par les débit qu'on va mettre dessus, et enfin cette eau ne va pas disparaitre par enchantement, il faudra soit la traiter en station (la charge reste la même, mais le volume est aussi un problème sur une station), soit la distiller (il est beaucoup plus couteux en énergie de traiter une eau peu concentrée par distillation).
En fait après relecture du problème cette solution n'est pas envisageable ; quel que soit le débit d'eau que l'on va mettre en face le lavage sera très partiel.
Il va falloir trouver une autre solution...
Merci pour toute vos réponses.
Je me doutais que le lavage à l'eau était une solution simple mais peu efficace (pour les effluents dilués). Grâce à vous, j'en ai la confirmation.
J'ai également la confirmation que les transferts gaz-liquide sont un domaine très complexe que je mettrais du temps à comprendre.
Bonjour
Pour traiter ce type d'effluent il faudrait à mon avis plutôt s'orienter vers :
- Un travail sur la réduction du débit gazeux, car c'est surtout ce point qui complique le traitement
- Un travail sur la réduction des COV
- Le captage sur support (silice ou résine ; je ne pense pas que le charbon actif soir efficace mais à vérifier) avec cycles de désorption
- Le captage par cryogénie
- La destruction par traitement thermique
