• Dans le domaine des procédés il est parfois nécessaire de séparer les éléments d’une phase liquide ou vapeur. Cette séparation peut se faire à l’aide des ballons verticaux ou horizontaux mais les colonnes présentent l’avantage de créer plusieurs équilibres liquide / vapeur les rendant donc plus économiques.

    Il y a plusieurs types de colonne mais elles se classent essentiellement en deux catégories :

    -          Absorption

    -          Désorption, Distillation.

     

    Les colonnes peuvent aussi être classées selon leurs internes :

    -          Colonne à garnissage

    -          Colonne à plateau

     

    Le choix d’une colonne à plateau ou d’une colonne à garnissage dépend de différents critères.

    Les colonnes à garnissage ont l’avantage d’être compacte et d’offrir peu de perte de charge. Elles sont plus flexible et coutent moins cher mais l’efficacité des plateaux est meilleure pour de plus grand débit ou pour des fluides plus encrassant.

    1. Colonne à garnissage

    Au cours de ce chapitre nous étudierons l’absorption de l’ammoniac par de l’eau. Le gaz à traiter entre dans la colonne par le bas (Vapor In) pour ensuite passer à contre courant de l’eau distribuée passant ainsi au travers du Packing. Le gaz débarrassé de l’ammoniac sortira ainsi de la colonne en tête et le liquide en fond de colonne. Le schéma ci-dessous présente un colonne à garnissage.

     

    Schéma colonne

    Figure 1 : Schéma d’une colonne

    Il est important de savoir que l’eau doit-être répartie uniformément sur tout le garnissage. En effet, chaque garnissage devra être suffisamment mouillé augmentant ainsi la surface d’échange. Cette répartition d’eau se fait grâce au plateau distributeur situé au dessus du garnissage (~50 cm). Voici ci dessous à quoi peut ressembler un plateau à garnissage.

    deversoir_distri_barillet

    Figure 2 : Plateau distributeur

    Les plateaux distributeurs évitent les zones de passage préférentiel de gaz dans le garnissage réduisant l’efficacité de celui-ci.

    Le garnissage peut-être de différents types mais quelque soit le type, chaque garnissage cherche à avoir le plus de surface possible pour une solidité maximale. Les anneaux doivent-être suffisamment solide pour éviter l’écrasement lié à la hauteur du lit de garnissage. Un lit de garnissage doit avoir une hauteur maximale de 7 m après quoi le liquide devra être collecté puis distribué à nouveau pour recréer un lit de garnissage.

    Voici les anneaux de garnissage communément utilisés ainsi qu’un support de garnissage. La plupart des anneaux peuvent-être en plastique, inox ou même céramique.

    Type d'anneau à garnissage

    Figure 3 : Anneau de garnissage

    plateau distri

    Figure 4 : Grille de supportage

     

    1. Hauteur de garnissage

    Le garnissage de la colonne se calcule en utilisant un nombre d’unité de transfert : le NUT. D’une manière simple mais très approximative il peut être équivalent, pour une absorption en milieu acide à NUT = ln (NH3 entrée / NH3 sortie).

    Ce nombre multiplié par la hauteur par unité de transfert (HUT) permettra la détermination de la hauteur du garnissage. Le HUT s’exprime de la façon suivante :

    HUT = 1.5 * D garnissage * 300 (mm)

    Ainsi la hauteur totale du garnissage correspond à H = HUT * NUT

        b.  Diamètre des anneaux de garnissage

    Le diamètre des anneaux de garnissage devra faire en sorte que le rapport du diamètre de la colonne sur le diamètre des anneaux de garnissage soit d’environ 8.

       c.  Perte de charge

    L’engorgement du garnissage est très important. La perte de charge par mètre de garnissage doit-être comprise entre 2 et 5 mbar /m.

       d.  Mouillage du garnissage

    Le débit d’arrosage nécessaire dépend de la facilité du gaz d’être absorbé par le liquide. Plus le liquide absorbe facilement moins il sera nécessaire d’arroser. Pour l’absorption de NH3 par l’eau, il faut considérer un débit de 5 m3/m².h, soit 5 m3/h par m² de garnissage.

        c.  Diamètre et hauteur de la colonne

    Le diamètre de la colonne peut-être calculé en considérant une vitesse comprise entre 2 et 5 m/s.

    Pour calculer la hauteur totale de la colonne, il faut calculer la hauteur nécessaire pour avoir suffisamment d’eau pour mouiller le garnissage, ajouter la hauteur de désengagement entre le garnissage et le niveau haut (~500 mm), le support de garnissage (~500 mm), la hauteur de garnissage, la distance entre le haut du plateau de distribution et le haut du garnissage (~500 mm), le matelas dévésiculeur ou les mesh (~250 mm) puis le haut de la colonne (~250 mm).

    Ces hauteurs sont approximatives et permettent d’avoir une idée. Elles sont néanmoins à considérer en fonction du diamètre de la colonne.

        e.  Exemple d’absorption

    Prenons l’exemple de l’absorption de l’ammoniac par de l’eau. Du gaz contenant 93 kg/h de NH3 et 5923 kg/h de vapeur de d’air (T = 74°C, P = Atm) alimente une colonne à garnissage. La sortie en tête de colonne ne doit pas dépasser 50 ppm. L’absorption du NH3 se fera par de l’eau. le NH3 s sera neutralisée par de l’acide nitrique nitrique.

    Le débit d’eau à prévoir sera donc d’environs 21 m3/h, la hauteur de garnissage sera de 7 m et le diamètre de la colonne de 800 mm (v = 1.1 m3/s) en haut et 1000 pour la section basse.

    La hauteur totale de la colonne sera d’environs 9500 mm en considérant un swedge en fond de colonne (le rapport D / d > 1.2).

    2. Colonne à plateau

    En cours de rédaction

    J.M.


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