Figure

Objet

La prédiction de l'isotherme de co-adsorption d'eau avec un autre constituant est un problème encore très difficile à résoudre et qui présente pourtant beaucoup d'intérêt pratique. Ainsi, pour les cycles de réfrigération à adsorption, l'utilisation de mélanges peut offrir des avantages à plusieurs niveaux:

- possibilité de sélectionner la gamme des pressions de fonctionnement. Pour l'instant, l'utilisation du vide poussé (cas de l'eau) ou de pressions élevées (cas de l'ammoniac) impose d'utiliser des technologies onéreuses,

- possibilité de rechercher le "couple idéal" offrant les meilleures propriétés thermodynamiques pour cette application.

Dans le domaine totalement différent de la séparation des gaz ou de la capture d'effluents gazeux, l'étude de la co-adsorption, sur du charbon actif, d'une vapeur (par exemple d'hydrocarbure ou de composé organique volatile) est un sujet excessivement important dans la mesure où, dans la pratique, les gaz à adsorber sont très souvent humides.

Contenu

Un équipement expérimental (figure 1) comportant une thermobalance ainsi que les circuits d'introduction de la vapeur à compostion connue a d'abord été réalisé. A l'aide de cet équipement, une série de mesures de la masse adsorbée (figures 2 et 3) a été effectuée pour trois compositions différentes de la vapeur (6, 8 et 12% de vapeur d'eau). Les résultats ont été analysés en comparant la quantité adsorbée à la somme des quantités adsorbées pour les corps purs correspondant à la pression partielle de chaque corps pur dans le mélange. On observe une très forte adsorption supplémentaire (notée qextra sur la figure 4) due à l'effet de mélange lorsque la pression partielle de vapeur d'eau est comprise entre 750 et 1500 Pa. Cet effet, pour l'instant non expliqué, est attribué à des phénomènes de forte association, due à l'importance des liaisons hydrogènes, des molécules en présence. Pour analyser plus finement ces résultats, un modèle basé sur une représentation de Gibbs des isothermes, a été développé. L'hypothèse d'une représentation polynomiale (en fonction de la pression ainsi qu'en fonction de la composition de la phase gazeuse) permet de déterminer la composition de la phase adsorbée (figure 5). Afin de s'assurer de la pertinence de ces valeurs de composition de la phase adsorbée, un chromatographe a été introduit dans le montage expérimental (figure 1). Les résultats des mesures obtenues à l'aide du chromatographe (figure 5), confirment les valeurs obtenues par le modèle

Situation

Afin de comprendre la physique du phénomène observé, des mesures complémentaires sur d'autres systèmes vont être entreprises. Deux directions sont prévues: étude d'autres mélanges (eau + molécule plus ou moins soluble dans l'eau) et d'autres charbons actifs (présence de sites plus ou moins actifs en surface). Par ailleurs l'approche de modélisation [1] entreprise sera poursuivie en collaboration avec O. Talu. Enfin, dès que l'on disposera d'une représentation thermodynamique satisfaisante des isothermes de co-adsorption, la simulation de cycles de réfrigération à adsorption sera entreprise.

Références

(1) O.Talu et F.Meunier : "Adsorption of Associating Molecules in Micropores and Application to water on Activated Carbon". A.I.Ch.E.J., 42, 809-819, (1996).

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