Adsorption de polluants gazeux sur des filtres de charbon actif. Modélisation des échanges couples de matière et de chaleur PDF Download
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Author: Emmanuel Fiani (auteur en génie des procédés).)
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Languages : fr
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Dans le cadre de la dépollution automobile, l'élimination de vapeurs d'essence et celle de molécules odorantes constituent les deux applications étudiées. L'étude thermodynamique et cinétique de la fixation de gaz représentatifs est effectuée sur des charbons actifs. 1. Sulfure d'hydrogène et n-butane sont choisis pour représenter les molécules odorantes. Différents charbons actif tissés sont considérés : Seul L'adsorbant imprégné par KOH présente des performances satisfaisantes. L'étude de la régénération de ce tissu montre qu'il n'y a aucun signe de vieillissement important après utilisation prolongée. De plus, nous montrons qu'il est possible d'utiliser ce tissu pour une application de déshumidification. 2. L'adsorption d'hydrocarbures sur un charbon actif granulé est étudiée grâce à 4 dispositifs originaux conçus spécifiquement : Gravimétrie et calorimétrie (à l'échelle du granulé), mesures thermiques et CPG (à l'échelle du filtre). Les mesures gravimétriques sont couplées à des mesures thermiques à l'intérieur des granulés. De fortes variations de température peuvent ainsi être observées à l'intérieur d'un granule lors de l'adsorption. Ces observations expérimentales inédites sont prises en compte pour adapter le modèle cinétique de Langmuir classique. Ce nouveau modèle permet de prédire correctement l'ensemble des courbes prise de masse/variation de température interne, pour l'adsorption d'hydrocarbures seuls. Aussi, la nature compétitive des sites d'adsorption permet d'interpréter qualitativement l'adsorption de mélanges binaires d'hydrocarbures. Enfin, le modèle de Langmuir classique permet d'interpréter correctement les résultats thermodynamiques, pour les hydrocarbures seuls ou en mélange binaire. La modélisation proposée permet donc de traiter de façon globale (cinétique et thermodynamique) le cas d'adsorption non isotherme à l'échelle d'un granulé de charbon actif et de prévoir les phénomènes à l'échelle du filtre
Author: Emmanuel Fiani (auteur en génie des procédés).)
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Dans le cadre de la dépollution automobile, l'élimination de vapeurs d'essence et celle de molécules odorantes constituent les deux applications étudiées. L'étude thermodynamique et cinétique de la fixation de gaz représentatifs est effectuée sur des charbons actifs. 1. Sulfure d'hydrogène et n-butane sont choisis pour représenter les molécules odorantes. Différents charbons actif tissés sont considérés : Seul L'adsorbant imprégné par KOH présente des performances satisfaisantes. L'étude de la régénération de ce tissu montre qu'il n'y a aucun signe de vieillissement important après utilisation prolongée. De plus, nous montrons qu'il est possible d'utiliser ce tissu pour une application de déshumidification. 2. L'adsorption d'hydrocarbures sur un charbon actif granulé est étudiée grâce à 4 dispositifs originaux conçus spécifiquement : Gravimétrie et calorimétrie (à l'échelle du granulé), mesures thermiques et CPG (à l'échelle du filtre). Les mesures gravimétriques sont couplées à des mesures thermiques à l'intérieur des granulés. De fortes variations de température peuvent ainsi être observées à l'intérieur d'un granule lors de l'adsorption. Ces observations expérimentales inédites sont prises en compte pour adapter le modèle cinétique de Langmuir classique. Ce nouveau modèle permet de prédire correctement l'ensemble des courbes prise de masse/variation de température interne, pour l'adsorption d'hydrocarbures seuls. Aussi, la nature compétitive des sites d'adsorption permet d'interpréter qualitativement l'adsorption de mélanges binaires d'hydrocarbures. Enfin, le modèle de Langmuir classique permet d'interpréter correctement les résultats thermodynamiques, pour les hydrocarbures seuls ou en mélange binaire. La modélisation proposée permet donc de traiter de façon globale (cinétique et thermodynamique) le cas d'adsorption non isotherme à l'échelle d'un granulé de charbon actif et de prévoir les phénomènes à l'échelle du filtre
Author: Charles Allegrini
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Pages : 227
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L'EFFICACITE D'UN SYSTEME D'EPURATION D'AIR, DEJA EXISTANT ET OPERANT EN MILIEU CONFINE, A ETE TESTEE. CE SYSTEME QUI UTILISE DES FILTRES A CHARBON ACTIF, DOIT FONCTIONNER AVEC UNE VITESSE DE PASSAGE DE L'AIR POLLUE PARTICULIEREMENT ELEVEE. LES POLLUANTS ETUDIES SONT CO (1500 PPM), SO2 (100 PPM), NO2 (50 PPM) ET HCL (500 PPM). UN NOUVEL APPAREILLAGE CAPABLE DE GENERER DES ATMOSPHERES POLLUEES DE FACON DYNAMIQUE A ETE MIS AU POINT ET UNE METHODE QUANTITATIVE BASEE SUR LA SPECTROSCOPIE IRTF EST DECRITE. DE NOMBREUSES COURBES DE PERCEE EXPERIMENTALES ONT PU AINSI ETRE ETABLIES EN TENANT COMPTE DE DIFFERENTS PARAMETRES COMME LA MASSE ET LA GRANULOMETRIE DU CHARBON ACTIF ET LA SECTION DES FILTRES. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS MODELISE CES DIFFERENTES COURBES DE PERCEE. CETTE MODELISATION NOUS A MONTRE QUE LE CHARBON ACTIF N'ETAIT PAS SATURE DANS LES CONDITIONS D'ANALYSE ET NOUS A PERMIS DE DETERMINER DANS UN TEMPS RELATIVEMENT COURT, LES EQUATIONS GENERALES DE LA CINETIQUE D'ADSORPTION DES POLLUANTS ET LES QUANTITES DE POLLUANTS ADSORBES (CAPACITES D'ADSORPTION). EN RESUME, CETTE ETUDE A PERMIS D'OPTIMISER LE FONCTIONNEMENT DU SYSTEME D'EPURATION D'AIR
Author: R̆azvan Ștefan Popescu
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Pages : 230
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L'épuration par adsorption offre des possibilités intéressantes qui n'ont pas été optimisées, exploitées, voire même simplement explorées. Les systèmes des filtres en charbon actif modélises prennent en compte des mélanges des polluants en faible concentration et composition variable dans le temps, température et humidité fluctuantes, spécificités qui remettent pourtant en cause le principe de fonctionnement comme les règles de dimensionnement ou de maintenance afférentes a ces systèmes. La première partie de la thèse constitue une synthèse bibliographique des phénomènes physico-chimique qui interviennent dans le processus de filtration par adsorption. La deuxième partie présente les modèles développés dans l'environnement Matlab/Simulink sur la base de cette analyse phénoménologique et des hypothèses simplificatrices qui peuvent être faites dans le contexte particulier du traitement de l'air intérieur. Premièrement ont été considères des conditions d'air sec et isotherme et âpres ont a intègre les effets sur la dynamique d'adsorption des variations de température et d'humidité. Enfin la dernière partie présente les simulations qui ont été réalisés avec les modèles développés. Les modèles mono et multi-composes considérant des conditions isothermes et sèches ont été compares avec les donnes expérimentales pour les 6 polluants mesures a Ecole des Mines d'Ales. Le cas d'humidité a été traite séparément en faisant une comparaison des deux modèles développés. Pour terminer, les dernières simulations ont été axées sur la caractérisation du potentiel d'amélioration de la qualité de l'air par l'utilisation des filtres en charbon actif.
Author: Sylvain Giraudet
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Les Composés Organiques Volatils (COV) sont une large famille de polluants, dont une majorité a un effet direct ou indirect sur la santé humaine et l’environnement. Plusieurs procédés industriels ont donc été développés pour récupérer ou détruire ces polluants, dont l’adsorption par des filtres de charbon actif. Malheureusement, dans certaines conditions, pour de fortes concentrations en COV, l’énergie dégagée par l’adsorption peut engendrer de fortes hausses de température au sein du filtre, qui occasionnent, d’une part, une forte diminution des capacités du filtre mais peuvent aussi, d’autre part, entraîner l’inflammation de la colonne d’adsorption. Dans ce contexte, l’objectif de l’étude consiste à créer un outil de simulation numérique capable d’indiquer les meilleures conditions opératoires tout en respectant la sécurité, c’est-à-dire en évitant les risques d’inflammation du lit de charbon actif. Afin de réaliser ce modèle, les dégagements énergétiques engendrés par l’adsorption ont été caractérisés par des mesures d’énergies d’adsorption. Ensuite, les capacités d’adsorption de ces mêmes charbons actifs ont été déterminées pour un panel représentatif de COV, purs ou en mélange. Le modèle numérique est alors développé en prenant en compte les données expérimentales. Les profils de concentration et de température au cours du temps sont directement confrontés aux mesures faites sur une unité expérimentale qui simule les conditions industrielles. Finalement, le modèle établi prédit les conditions opératoires optimales pour une colonne d’adsorption industrielle quelle que soit la nature du ou des COV(s) traité(s) et quelle que soit la nature du charbon actif utilisé.
Author: Nuno Fernandes
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Pages : 198
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L'objectif de cette thèse était la détermination des isothermes d'adsorption du toluène, de la méthyl-éthyl-cétone et de l'isopropanol sur un charbon actif. Les isothermes expérimentales ont été réalisées par volumétrie. Nous avons d'abord obtenu les isothermes lorsque l'air à traiter est chargé d'un seul COV, et ce pour quatre températures, puis lorsque l'air à traiter est chargé d'un mélange de deux COV, et ce pour une température de 303 K. Le modèle classique de Toth permet de bien modéliser les isothermes des composés seuls. Une dépendance des paramètres de ce modèle à la température a été introduite. La chaleur isostérique de chaque COV a été déduite des isothermes aux quatre températures différentes. Lors de l'étude expérimentale des mélanges binaires nous nous sommes intéressés à l'influence de la masse d'adsorbant et à celle de la composition initiale de l'effluent. Nous avons aussi proposé une représentation graphique originale, liée à une analyse de variance du système : les isothermes sont alors représentées par des surfaces, les deux abscisses étant les fractions molaires gazeuses des deux COV et l'ordonnée la quantité adsorbée. La modélisation des isothermes des mélanges binaires a été réalisée grâce à la théorie de la solution adsorbée : A.S.T. Trois modèles ont été utilisés pour le calcul des coefficients d'activité. Le modèle SPD (spreading pressure dependant model) qui inclut la dépendance à la pression interfaciale via le calcul de la chaleur isostérique. Ce modèle ne donne pas de bons résultats. L'utilisation des modèles classiques, UNIQUAC et NRTL, donne de meilleurs résultats, et notamment le modèle NRTL en raison de son nombre de paramètres plus grand.
Author: Emmanuel Gauthier
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Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre d'une thèse Ademe cofinancée par deux entreprises: Tera Environnement et Naturamole. L'objectif du travail est de proposer une solution efficace basée sur les procédés photocatalytiques pour réaliser la dégradation de composés odorants, l'éthanol et l'hexanoate d'éthyle, issus de rejets gazeux industriels. Un réacteur a été conçu pour traiter en régime dynamique les polluants gazeux traversant un média filtrant, support de dioxyde de titane et éventuellement associé à un adsorbant (zéolite ou charbon actif). Des campagnes de mesures sur site industriel ont permis de déterminer les conditions industrielles (concentration et humidité) et de les adapter en vue de l'étude en laboratoire. L'adsorption dynamique des médias constitués de TiOz et de TiOz et zéolite précise le faible apport de la zéolite. Une meilleure adsorption de l'ester par rapport à l'alcool est aussi observée. La modélisation des courbes de perçage laisse supposer une adsorption limitée par le transfert de matière externe. La photocatalyse de l'éthanol suit une cinétique de type Langmuir-Hinshelwood. Des plans d'expériences sont employés pour décrire les vitesses de dégradation de l'ester. Un effet inhibiteur de l'eau est observé dans le cas de la dégradation de l'alcool alors que, pour l'ester, il existe un optimum en eau. Les courbes de perçage pour les médias constitués de TiOz et de charbon actif indiquent deux types de limitations différents pour les composés. La dégradation des polluants avec ces médias montre l'absence de synergie entre l'adsorption sur charbon actif et la photocatalyse sur TiOz confirmée par une modélisation des deux étapes en série.
Author: Wilmer Dudamel
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Pages : 183
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Le but de ce travail est la modélisation, intégrant l’effet de la température, des équilibres et des cinétiques d’adsorption compétitive des pesticides avec la matière organique naturelle (MON). Des expériences en corps pur à différentes températures ont permis de sélectionner un modèle d’équilibre adapté. Les équilibres en compétition ont pu être modélisés en utilisant la théorie de la solution adsorbée idéale (IAST) et le principe d’un composé fictif équivalent (EBC) représentant la MON. L’ajustement des simulations, par le modèle de la diffusion de surface homogène (HSDM) en association avec l’IAST, aux cinétiques expérimentales a fourni les coefficients de diffusion superficielle des pesticides et de l’EBC. Diverses corrélations ont permis de relier l’évolution de ces coefficients à la température, à celle de la diffusion moléculaire ou de la constante d’équilibre. Des relations entre leurs paramètres et des caractéristiques, soit du charbon ou du pesticide ont été mises en évidence.
Author: Lian-Ming Sun
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ETUDE DE LA CINETIQUE D'ABSORPTION SOUS DES CONDITIONS NONISOTHERMES DANS LES ADSORBANTS DONT LA STRUCTURE DE PORE EST A POROSITE MULTIPLE. ETUDE THEORIQUE A PARTIR D'UN MODELE MATHEMATIQUE CONSIDERANT SIMULTANEMENT LES RESISTANCES AUX TRANSFERTS DE MASSE ET CHALEUR. VERIFICATION EXPERIMENTALE SUR DEUX SYSTEMES CHARBON ACTIF-CH#2CL#2 ET ZEOLITE NAX-H#2O
Author: Emmanuel Gauthier
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Languages : fr
Pages : 189
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Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre d'une thèse Ademe cofinancée par deux entreprises: Tera Environnement et Naturamole. L'objectif du travail est de proposer une solution efficace basée sur les procédés photocatalytiques pour réaliser la dégradation de composés odorants, l'éthanol et l'hexanoate d'éthyle, issus de rejets gazeux industriels. Un réacteur a été conçu pour traiter en régime dynamique les polluants gazeux traversant un média filtrant, support de dioxyde de titane et éventuellement associé à un adsorbant (zéolite ou charbon actif). Des campagnes de mesures sur site industriel ont permis de déterminer les conditions industrielles (concentration et humidité) et de les adapter en vue de l'étude en laboratoire. L'adsorption dynamique des médias constitués de TiOz et de TiOz et zéolite précise le faible apport de la zéolite. Une meilleure adsorption de l'ester par rapport à l'alcool est aussi observée. La modélisation des courbes de perçage laisse supposer une adsorption limitée par le transfert de matière externe. La photocatalyse de l'éthanol suit une cinétique de type Langmuir-Hinshelwood. Des plans d'expériences sont employés pour décrire les vitesses de dégradation de l'ester. Un effet inhibiteur de l'eau est observé dans le cas de la dégradation de l'alcool alors que, pour l'ester, il existe un optimum en eau. Les courbes de perçage pour les médias constitués de TiOz et de charbon actif indiquent deux types de limitations différents pour les composés. La dégradation des polluants avec ces médias montre l'absence de synergie entre l'adsorption sur charbon actif et la photocatalyse sur TiOz confirmée par une modélisation des deux étapes en série.
Author: J. P. Guénier
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ISBN: 9782738900142
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