Adsorption sur alumine activée

PRESENTATION

L'alumine activée est une forme d'oxyde d'Aluminium:
- très poreuse (0,5cm3/g)
- à surface spécifique élevée (350m2/g)
Elle est capable d'adsorber préférentiellement les substances polaires contaminant les liquides ou les gaz.
Elle est fournie sous forme de billes de quelques mm de diamètre.

APPLICATIONS

L'alumine activée peut être utilisée pour traîter des liquides ou des gaz.

SECHAGE DES GAZ ET DE L'AIR
Elle permet d'atteindre un point de rosée sous pression de -70°C.

SECHAGE ET ELIMINATION DES ACIDES formés par dégradation:
- des fluides frigorigènes dans les groupes frigorifiques
- des huiles de transformateurs
- des huiles lubrifiantes

PURIFICATIONS
- élimination du TBC du styrène
- élimination de traces d'alcools, éthers
- élimination d'hydrocarbures

CAPACITE D'ADSORPTION

La capacité d'adsorption est la quantité de contaminant que l'alumine peut adsorber.
Elle augmente avec:
- la pression
- la concentration du contaminant
- son poids moléculaire
Elle diminue quand augmente:
- la température
- la concentration en autres substances également adsorbables.

On distingue les capacités d'adsorption:
- STATIQUE
c'est la quantité de contaminant que contient l'adsorbant en équilibre avec le flux traîté.
Elle est décrite par des isothermes d'adsorption.

CAPACITE D'ADSORPTION STATIQUE DE L'HUMIDITE à 25°C:

========================================
Hum. relative %  10  20  40  60  80  100
---------------  -----------------------
% eau adsorbée    5  10  15  22  30   40
========================================

- DYNAMIQUE
C'est la capacité réellement utilisable en exploitation.
Pour le séchage des gaz, elle est environ 1/3 de la capacité statique.
On veillera à ce que le temps de séjour apparent (volume du lit/débit volumique), soit >10 sec.

REGENERATION

Lorsque l'alumine est saturée, il est nécessaire de désorber les substances retenue afin de lui rendre son usage.
La régénération peut être obtenue par:
- une baisse de pression
- le balayage par un gaz neutre et pur
- une température élevée (200 à 300°C)
ou une combinaison de ces actions.

Pour une regénération efficace, la vitesse du gaz de balayage doit être >3m/mn, de bas en haut.
Pour éviter les vitesses de gaz excessives qui peuvent provoquer des déplacements du lit et une abrasion des billes, les variations de pression lors des changements de phase du cycle doivent être limités à 2-3bars/mn.

MISE EN OEUVRE

NOMBRE DE LITS
- au moins 2 (l'un en adsorption et l'autre en régénération)
- éventuellement 3 si le débit sur un seul est trop élevé (2 en parallèle en adsorption et le dernier en régénération)
- 3 (2 en série et le dernier en régénération) si une épuration poussée est désirée

VITESSE DU GAZ
En phase d'adsorption le fluide à traîter circulera de haut en bas.
Pour les gaz, la vitesse recommandée est fonction de la pression:

========================================
Pression 
(bars eff)  atm   4     8     15    30
---------  -----------------------------
Vitesse  
 (m/mn)     25   20    17     15    13
========================================

PERTE DE CHARGE

La perte de charge occasionnée par un lit de billes traversé par un fluide (gaz ou liquide dépend de:
- le diamètre des billes (Dp)
- la viscosité du fluide (visco)et sa masse volumique (MV)
- le flux en écoulement (G)
- la longueur du lit (L)
et peut être calculée par la relation:

Pdiff (bars) = 0,0113.F.L.G²/MV.K
avec:
F: facteur de frottement dépendant du nombre de Reynolds (Re)
K: facteur caractéristique
L: en mètres
G: en kg/h.m²
MV: masse volumique du fluide en kg/m3

Le nombre de Reynolds est calculé par:
Re = 0,278.Dp.G/visco

avec:
visco: viscosité du fluide en centipoises

Valeur de K pour des billes d'alumines:

====================
 Dp (mm)   K (h²/m²)
  3,2       56000  
  4,8       93000
  6,4      130000
 12,8      460000
====================

Valeur du facteur de frottement (F):

==================
 Reynolds    F
 0,2        7,5
 1          1,5
 10         0,15
 100        0,04
 1000       0,02
 10000      0,013
==================

Exemple:
Perte de charge créée par 10000kg/h d'air à la pression de 8 bars effectifs et 35°C de température, traversant un lit de 2 m de long et 1 m de diamètre, empli de billes d'alumine de 4,8 mm de diamètre.
La masse volumique du fluide est 10 kg / m3.
Le flux en écoulement est de 12730 kg/h.m²
La viscosité est de 0,0184 cpo
Le nombre de Reynolds est de 923
Le facteur de frottement est de 0,022
Le facteur K des billes d'alumine est 93000
La perte de charge est 0,09 bar