Dissertations / Theses: 'Contacteur gaz-liquide'

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Mawlana, Abdulrahman. "Étude en régime permanent et transitoire du transfert liquide-gaz : cas d'un réacteur fluidisé gaz-liquide-solide." Toulouse, INPT, 1987. http://www.theses.fr/1987INPT026G.

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Abstract:

Deux méthodes d'analyse sont utilisées. En régime permanent la méthode consiste à mesurer le profil de concentration de la phase continue (le liquide). En régime transitoire on détecte l'oxygène dissous sur cathode en or après injection brève d'oxygène gazeux dans colonne fluidisée initialement saturée par l'air. Ces deux méthodes permettent de déterminer la rétention du gaz, les nombres de péclet du gaz et du liquide et le coefficient de transfert de matière volumétrique.

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MISSAOUI, KHALID. "Hydrodynamique et transfert de matiere dans un contacteur gaz-liquide du type ejecteur." Paris 6, 1991. http://www.theses.fr/1991PA066583.

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Abstract:

Un grand nombre de procedes chimiques generent des gaz toxiques que la legislation interdit de rejeter dans l'atmosphere. Parmi les procedes d'elimination mais aussi quelquefois de recuperation de ces gaz, le lavage au moyen d'un solvant selectif est largement repandu. Cette operation est realisee dans des contacteurs gaz-liquide que l'on peut classer en absorbeurs a colonnes et en absorbeurs venturi. Parmi ces derniers, on distingue l'ejecteur venturi, le venturi haute energie et le venturi a emulsion. Dans ce travail nous nous sommes propose d'etudier l'ejecteur venturi sur les plans hydrodynamiques et transfert de matiere. Lors de l'etude hydrodynamique, nous avons mesure experimentalement la depression, la pression du liquide, la chute de pression et le debit maximum d'auto-aspiration. Ensuite, nous avons etabli des correlations qui peuvent representer nos resultats experimentaux et aussi ceux de la litterature avec une bonne approximation. En ce qui concerne l'etude de transfert de matiere, nous avons determine experimentalement la surface d'echange s et le produit k#ls. Le systeme gaz-liquide employe etait le couple oxygene de l'air/sulfite de sodium. A partir de nos resultats, nous avons etabli des correlations simples qui ont ete verifiees sur les resultats de la litterature. Disposant des resultats de la surface d'echange et du produit k#ls, nous avons pu estimer le coefficient de transfert de matiere en phase liquide k#l

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Billerbeck, Gustavo de. "Etude d'un contacteur gaz-liquide pour le traitement d'effluents gazeux. Conception et caractérisation d'un aéro-éjecteur." Toulouse, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAT0048.

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Abstract:

Dans le cadre des procedes biotechnologiques de traitement d'effluents gazeux contenant des traces de composes organiques volatils (cov) un nouveau systeme de contact gaz-liquide a ete etudie. Il s'agit de l'aero-ejecteur, dont les performances hydrodynamiques (pertes de charge) et de transfert (d'oxygene et d'ethanol) ont ete etudiees dans une installation experimentale qui l'associe a une colonne a bulles. Le contacteur propose a ete dessine pour provoquer un contact gaz-liquide intense a partir d'un ecoulement tres turbulent, l'objectif etant de diminuer l'energie necessaire au transfert et l'encombrement du reacteur. Les caracteristiques de base de ce contacteur sont : sa faible perte de charge, qui permet d'utiliser des soufflantes (et non des compresseurs), ce qui est une necessite industrielle emsp14;; sa capacite maximale de transfert est largement superieure aux besoins, ce qui permet d'eliminer plus de 90% des polluants par un seul passage de gaz. L'etude bibliographique presente une vue d'ensemble des differentes methodes de traitement d'effluents gazeux contenant des cov a l'etat de traces. Elle expose aussi les differents types de contacteurs gaz-liquide existants, notamment les contacteurs de type venturi. L'etude hydrodynamique de l'aero-ejecteur a porte sur la determination de la perte de charge d'une buse interne responsable du niveau d'intensite turbulente genere. Elle a porte aussi sur la determination de la perte de charge de l'aero-ejecteur avec son admission de liquide fermee, alimentee en air et alimentee en liquide, pour differents points de fonctionnement. L'influence de la pression de refoulement ainsi que du sens du refoulement (vers le haut, vers le bas) ont aussi ete etudiees. Finalement la consommation energetique de l'aero-ejecteur a ete evaluee. La modelisation de l'ecoulement dans l'aero-ejecteur a ete realisee en prenant en compte les effets essentiels dus a la compressibilite du gaz. Ce modele sera la base de l'optimisation de l'aero-ejecteur. L'etude des performances de transfert de l'aero-ejecteur a ete realisee sur un dispositif associant l'aero-ejecteur a une colonne a bulles qui sert de separateur gaz-liquide tout en participant au transfert. Deux constituants de solubilite tres differente dans l'eau ont ete utilises pour determiner les coefficients volumetriques de transfert de film k#la et k#ga. Il s'agit de l'oxygene (relativement peu soluble) et de l'ethanol (relativement tres soluble), ce dernier etant de plus un solvant type rencontre dans les effluents gazeux contenant des cov. Ces resultats ont ete finalement correles avec la consommation energetique de l'aero-ejecteur. Les tests sur pilote industriel confirment les capacites de ce nouveau type de contacteur gaz-liquide.

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Daubert, Isabelle. "Etude de l'association d'un contacteur gaz/liquide et d'un réacteur biologique pour le traitement d'effluents gazeux industriels." Toulouse, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAT0024.

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Abstract:

Dans le domaine de l'épuration de forts débits d'effluents gazeux pollués par de faibles concentrations en COV, une des technologies les plus adaptées semble être le traitement biologique. Pourtant, les applications industrielles restent peu nombreuses, du fait notamment d'inconvénients comme la durée de vie limitée des procédés ou la taille importante des installations. Dans ce contexte, l'utilisation de l'aéro?éjecteur, contacteur gaz/liquide à haute efficacité, pourrait être une solution à l'encombrement des installations, dans la mesure où les pertes de charge induites par ce système sont limitées. Ce travail de recherche propose une évaluation des caractéristiques et des performances de l'aéro-éjecteur, ainsi qu'une analyse du procédé couplant ce contacteur à un réacteur biologique. Cette caractérisation a été réalisée au moyen de trois COV modèles, l'éthanol, la méthyl éthyl cétone et l'acétate de butyle. Le premier chapitre présente le contexte du traitement des COV, les technologies disponibles ainsi que leurs limitations. Des comparaisons réalisées par rapport à leur domaine d'application respectif ainsi que par rapport aux coûts globaux permettent de situer ces technologies les unes par rapport aux autres. Le deuxième chapitre est consacré à l'analyse et à l'optimisation du potentiel de l'aéro-éjecteur comme organe de transfert. Les modifications de la géométrie réalisées ont permis de définir une configuration adaptée aux contraintes industrielles en terme d'efficacité et de perte de charge. Une étude systématique de l'influence des paramètres opératoires sur les performances de transfert a abouti à la compréhension du rôle de l'aéro-éjecteur au sein du contacteur gaz/liquide et à la définition d'un critère de dimensionnement en fonction des polluants à éliminer et des contraintes technologiques. Enfin, l'association de l'aéro-éjecteur et d'un réacteur biologique pour l'épuration complète d'un effluent gazeux pollué par un mélange de COV est étudiée dans le troisième chapitre
Among all kinds of atmospheric pollution, VOCs have raised a lot of interest recently. For high flow rates of low polluted gaseous effluents, one of the most suitable technologies seems to be biological treatment. However, industrial applications are limited because of impracticalities including short useful life or large plant size. In this situation, the use of the aero-ejector, a gas/liquid contactor with high transfer efficiency, is one solution for decreasing plant dimensions, if pressure drop is reduced. This research work deals with an evaluation of aero-ejector characteristics and performances and analyses the feasibility of a process associating the aero-ejector with a biological reactor for gaseous effluent treatment. Three model molecules were used ; the ethanol, the methyl ethyl ketone and the butyl acetate. The first section presents VOC treatment context, including existing technologies and their limitations. Descriptions of their application fields and costs allow comparison of these technologies. An analysis and optimisation of the aero-ejector performance as a mass transfer system is undertaken in the second section. Modifications of the internal geometry allowed the definition of a configuration suitable for industrial conditions concerning pressure drop and efficiency. A systematic study of the influence of operating conditions on transfer performances leads to the comprehension of the aero-ejector role in the contactor and to the definition of sizing criteria as a function of pollutants and technological constraints. Finally, in the third section, the system combining the aero-ejector with a biological reactor is studied for the complete treatment of a gaseous effluent polluted with several VOCs

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Lévêque, Julien. "Etude du comportement de mousse céramique comme contacteur Gaz/Liquide à contre courant : application à la distillation et à la distillation réactive." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0081/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse abordent la problématique du développement d'internes destinés à la distillation réactive. La méthodologie à suivre est appliquée dans le cas des mousses céramiques en Carbure de Silicium. Le comportement hydrodynamique a été étudié ainsi que la capacité en transfert de matière validant la possible application des mousses en tant que garnissage destiné à la distillation. L'activation catalytique du support a ensuite été développée afin de dégager la méthode la plus intéressante permettant d'approcher le garnissage de référence, le KATAPAK, en termes d'activité catalytique. Le greffage d'Amberlyst 15 est alors apparu comme la voie la plus intéressante pour la possible application des mousses greffées comme interne catalytique destiné à la distillation réactive
This work of thesis approaches the problems of the development of packings intended for reactive distillation. Methodology to be followed is so applied in the case of ceramic foam in Silicon Carbide. The hydrodynamic behaviour was studied as well as the mass transfer efficiency demonstrating the possible application of ceramic foam as a packing for distillation. The aspect of the catalytic activation of the support was then developed in order to determine the most efficiency method in terms of catalytic activity making it possible to approach reference packing, the KATAPAK. The coating of Amberlyst 15 then appeared as the most interesting way for the possible application of coating foam as catalytic packing for reactive distillation

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Dabaliz, Ammar. "Etude d'un réacteur (contacteur) gaz-liquide à jet vertical immergé en vue de son application dans le traitement des eaux usées." Lyon, INSA, 2002. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2002ISAL0017/these.pdf.

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Abstract:

L'intérêt de cette étude est de proposer à l'industrie et aux technologies de l'environnement un dispositif facile à construire et à entretenir qui pourrait servir dans l'épuration de liquide et de gaz, il s'agit d'un contacteur gaz-liquide à jet vertical immergé. Les études effectuées dans un premier temps (technique, hydrodynamique, transfert de matière) ont fourni un point de vue global sur les performances de ce contacteur. En abordant d'une manière assez appliquée les différents aspects de l'étude, nous avons pu mettre en évidence les points forts de ce réacteur. D'une part, le haut niveau de turbulences, créées par l'impact du jet, assure une émulsion très homogène et des transferts de matières intenses, et d'autre part le phénomène d'aspiration du gaz limite considérablement les dépense énergétiques. Les travaux ont été ensuite orientés vers l'application de cet appareil au traitement des eaux usées. Les résultats obtenus ont montré que notre dispositif est bien adapté à ce type de traitement
The purpose of this study is to propose to the industry and the technologies of the environment a device easy to build and upkeep which could be used for liquid and gas treatment, it is about a gas-liquid and gas treatment, it is gas-liquid contactor with immersed vertical jet. The first studies carried out (technique, hydrodynamics, mass transfer) provided a total point of view on the performances of this contactor. By approaching in a way applied enough the various aspects of the study, we could put in evidence the key points of this contactor. On the one hand, the high level of turbulences, created by impact of the jet, ensures a very homogeneous emulsion and mass transfer, on the other hand, the phenomenon of gas aspiration limits considerably the energy consumption. The works were then directly to the application of this apparatus in treatment of waste water. The obtained results showed that our device is well adapted to this type of treatment

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Dabaliz, Ammar Benadda Belkacem. "Etude d'un réacteur (contacteur) gaz-liquide à jet vertical immergé en vue de son application dans le traitement des eaux usées." Villeurbanne : Doc'INSA, 2004. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/2002/dabaliz/index.html.

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Nguyen, Phuc Tien. "Contacteurs à membranes denses pour les procédés d'absorption gaz-liquide intensifiés : application à la capture du CO₂ en post combustion." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL014N/document.

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Abstract:

Dans le cadre de la recherche de procédés d'absorption gaz-liquide intensifiés, cette étude vise au développement des contacteurs membranaires pour la capture du CO₂ en post combustion, comparativement aux colonnes garnies. Les contacteurs à membranes fibres creuses microporeuses permettent un transfert de matière élevé mais sont confrontés à des problèmes de mouillage entraînant une dégradation importante des performances dans le temps. Notre but est de concevoir des fibres composites constituées d'une structure microporeuse et d'une peau dense fine et fortement perméable au CO₂ afin d'établir une barrière au passage du liquide et de limiter la résistance au transfert de matière. Pour cela, nous avons sélectionné des polymères super vitreux comme le PTMSP et le Téflon AF2400 qui se caractérisent par une très forte perméabilité au CO₂ et une bonne compatibilité chimique avec la MEA (liquide d'absorption de référence). Les fibres composites ont été réalisées par un procédé de recouvrement conduisant à une faible épaisseur de peau dense (1 à 2 microns). Des modules à fibres composites ont été testés pour séparer un mélange CO₂/N2 avec une solution aqueuse de MEA. Les fibres composites présentent des efficacités de capture similaires à celles des fibres microporeuses mais assurent en plus le maintien des conditions de non mouillage. Des simulations, reposant sur une modélisation 2D du transfert de matière, ont permis de prédire les performances des contacteurs membranaires à fibres composites dans des conditions plus proches de la réalité industrielle et ont mis en évidence un facteur d’intensification pouvant aller jusqu’à 6 par rapport aux colonnes garnies
The present work aims to explore the intensification of gas-liquid absorption processes. This study is applied to post combustion CO₂ capture by means of membrane contactors in comparison to packed columns. Microporous hollow fiber membrane contactors lead to high mass transfer but wetting problems are likely to occur and result in tremendous deterioration in performances with time. Our objective is to develop composite hollow fibers based on a microporous structure and a thin dense layer highly permeable to CO₂, in order to create a real barrier to liquid penetration and to limit mass transfer resistance. Super glassy polymers as PTMSP and Teflon AF2400 were selected for their extremely high CO₂ permeability and their chemical resistance to MEA (reference absorption liquid). Composite hollow fibers were made by coating and the dense layers obtained are thin (1 to 2 microns). Composite hollow fiber membrane contactors were tested for the separation of a CO₂/N2 mixture with an aqueous solution of MEA. Capture ratios achieved by composite hollow fibers are similar to those measured for microporous membranes and the dense layer prevents from wetting problems. Simulations based on 2D modeling of the mass transfer, show that the performances of composite hollow fiber membrane contactors, under operating conditions close to the industrial case, can lead to an intensification factor up to 6 compared to packed columns

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Giovannacci, David. "Contribution à l'étude des échanges à l'interface bulle liquide, issue d'un éjecteur venturi horizontal, en vue du traitement des poussières." Paris 7, 2002. http://www.theses.fr/2002PA077087.

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Bensarsa, Faouzi. "Absorption sélective de l'hydrogène sulfuré en présence de gaz carbonique par la méthyl-di-éthanolamine : étude d'un nouveau type de contacteur gaz-liquide à écoulements cocourants ascendants verticaux /." Rueil-Malmaison : Paris : Institut français du pétrole ; diffusion Technip, 1985. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb361463354.

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Sanchez, Célia. "Hydrodynamique et transfert de matière gaz-liquide dans un nouveau contacteur à haute énergie : application à la désodorisation de l'air en assainissement." Rennes 1, 2006. http://www.theses.fr/2006REN1S159.

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Abstract:

Afin de réduire l'emprise au sol et la taille des bâtiments alloués au traitement des effluents odorants sur les stations d'épuration des eaux usées, un nouveau procédé a été développé. Ce contacteur gaz-liquide à haute énergie, le CoReC, est original dans le sens où il permet de travailler à co-courant et à vitesses de gaz très élevées. Tout d'abord, l'hydrodynamique et le transfert de matière ont été caractérisés en déterminant l'influence de paramètres géométriques (sens d'écoulement) et opératoires (vitesse des fluides) sur la perte de charge, l'aire interfaciale, et les coefficients volumiques de transfert de matière côté gazeux et liquide. L'étape suivante a permis de démontrer les performances du CoReC pour l'élimination de composés odorants (hydrogène sulfuré, méthylmercaptan et ammoniac). L'analyse des résultats a conduit à la conception d'une unité semi-industrielle ayant permis d'effectuer des essais sur un effluent gazeux réel, issu d'une station d'épuration.

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Hoffmann, Pierre-Alain. "Etude de deux procédés innovants pour le traitement d'effluents gazeux industriels faiblement pollués par des Composés Organiques Volatils." Toulouse, INSA, 2007. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000301/.

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Abstract:

Depuis plusieurs années, la pollution atmosphérique, et plus particulièrement les rejets de Composés Organiques Volatils (COV), sont pointés du doigt à cause de leur effet néfaste sur l’Homme et son environnement. Actuellement, le marché des technologies disponibles pour le traitement des effluents gazeux contenant des COV est encore dominé par les techniques d’incinération. Toutefois, dans le cas de forts débits gazeux (103 à 250. 103 Nm3. H-1) faiblement pollués (0,1 à 10 g. Nm-3), le coût de traitement par unité de volume d’effluent de ces techniques devient prohibitif et ne permet pas d’envisager leur mise en place. Une des technologies les plus adaptées semble alors être le traitement biologique. Dans ce contexte, l’utilisation d’un contacteur gaz-liquide à haute efficacité, l’aéro-éjecteur, et d’un réacteur biologique permettrait de satisfaire les critères de compacité et d’efficacité requis. Cette association a été envisagée et ses performances étudiées lors de précédents travaux. Ce travail de recherche propose, après une présentation dans une première partie du contexte et des technologies disponibles pour le traitement des COV gazeux, de compléter l’analyse des performances de transfert de l’aéro-éjecteur précédemment effectuée. En effet, les performances de ce contacteur avait été déterminées pour des molécules modèles telles que l’éthanol, l’acétate de butyle, la méthyl éthyl cétone, le disulfure de diméthyle et l’oxygène. En s’appuyant sur d’autres polluants, les outils de dimensionnement se trouvent enrichis de nouveaux résultats permettant une meilleure prise en compte des propriétés physico-chimiques des polluants. La troisième partie est consacrée à l’étude des performances d’épuration du procédé couplant l’aéro-éjecteur et le réacteur biologique. Il s’agit ici d’identifier et de lever les limitations observées lors de la précédente étude. Ce chapitre débute donc sur un rappel des principaux résultats obtenus en insistant sur les principales questions posées. Une réponse est ensuite proposée pour chaque question. Cette réponse comprend une présentation des différentes méthodologies utilisées ainsi que les résultats obtenus. Les suggestions offertes pour améliorer les performances d’épuration de ce procédé hybride concluent ce chapitre. Enfin, le quatrième et dernier chapitre est consacré au développement d’un procédé mécanique de concentration des COV en phase gazeuse. Cette partie comprend une étude de faisabilité des différentes étapes du procédé, réalisée au laboratoire, et les solutions technologiques retenues pour la réalisation d’un pilote semi-industriel. Les résultats obtenus lors d’essais du pilote en site industriel nous permettent d’envisager les potentialités et les limitations de cette technologie en tant que pré-traitement de forts débits d’effluent gazeux faiblement pollués par des COV
Among all kinds of atmospheric pollution, due to their negative impacts on the humans and the environment, VOCs have raised a lot of interest recently. For high flow rates of low polluted gaseous effluents, one of the most suitable technologies seems to be biological treatment. However, industrial applications are limited because of impracticalities including short useful life or large plant size. Thus, mass transfer is usually considered as the limiting step. In this situation, the use of the aero-ejector, an in-house developed gas-liquid contactor exhibiting high transfer efficiency, would be a solution for decreasing plant dimensions. In this context, two different processes were designed at the Laboratory of Biotechnology and Bioprocesses (INSA of Toulouse). The first one is a degradation process associating the aero-ejector with a biological reactor. The second process is a not a degradation one since its aim is to concentrate gaseous VOC. It is based on the association of an absorption step followed with a desorption one. The first section presents VOC treatment context, including existing technologies and their limitations. Descriptions of their application fields and costs allow comparison of these technologies. The performances of the degradation process were previously investigated (Daubert-Deleris, 2001). Three model molecules were used (ethanol, methyl ethyl ketone and butyl acetate) to evaluate the absorption characteristics of the aero-ejector and to analyse the feasibility of the whole process. The second section deals with the study of the aero-ejector transfer performances for a wide variety of pollutants. This allows to determinate sizing criteria which will take in account the pollutants physical properties. Limitations of the process are also investigated, in the third section, including the study of microbial populations’ evolution using a quantitative ecology method (FISH). Finally, in the fourth section, the VOC concentration process is presented. In a first part, the study of the process feasibility is discussed. Thus, performances are determinated in industrial context with the installation of a pilot at the site of “Plantes & Industries” (Gaillac, 81). Then, a cost analysis was performed thanks to these results

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Picard, Charlotte. "Transfert de matière dans un biofilm aéré sur membrane." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00650179.

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Abstract:

Les réacteurs à biofilm aéré sur membrane sont des procédés innovants de traitement de l'eau. Les substrats nécessaires à la croissance bactérienne sont en contre-diffusion dans le biofilm. Ainsi, pour maitriser la capacité de traitement de ces réacteurs, il est nécessaire de comprendre le transfert de matière dans ces biofilms. Ce travail présente les résultats expérimentaux du transfert de matière mesuré par un traceur non réactif dans des biofilms mixtes hétérotrophes aérobies. Plusieurs conditions hydrodynamiques ont été appliquées pour la croissance des biofilms. La présence de convection dans les canaux de celui-ci a été mise en évidence au-delà d'un Nombre de Peclet de transition. Ensuite, la prise en compte de la convection via le coefficient de diffusivité relative vient compléter le transfert de matière dans les modèles de croissance de biofilm. Les résultats expérimentaux ont montré que la vitesse de consommation de la matière organique augmente avec le Nombre de Reynolds liée à une augmentation de la capacité de transfert des biofilms.

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Picard, Charlotte. "Transfert de matière dans un biofilm aéré sur membrane." Phd thesis, Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1488/.

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Abstract:

Les réacteurs à biofilm aéré sur membrane sont des procédés innovants de traitement de l'eau. Les substrats nécessaires à la croissance bactérienne sont en contre-diffusion dans le biofilm. Ainsi, pour maitriser la capacité de traitement de ces réacteurs, il est nécessaire de comprendre le transfert de matière dans ces biofilms. Ce travail présente les résultats expérimentaux du transfert de matière mesuré par un traceur non réactif dans des biofilms mixtes hétérotrophes aérobies. Plusieurs conditions hydrodynamiques ont été appliquées pour la croissance des biofilms. La présence de convection dans les canaux de celui-ci a été mise en évidence au-delà d'un Nombre de Peclet de transition. Ensuite, la prise en compte de la convection via le coefficient de diffusivité relative vient compléter le transfert de matière dans les modèles de croissance de biofilm. Les résultats expérimentaux ont montré que la vitesse de consommation de la matière organique augmente avec le Nombre de Reynolds liée à une augmentation de la capacité de transfert des biofilms
Aerated biofilms reactors represent an innovative process to treat water. Substrates required for bacterian growth are in counter-diffusion towards the biofilm. In order to control biological kinetics, it is fundamental to understand mass transfer in these biofilms. This work presents experimental results of a mass transfer measured by a non reactive tracer in mixed aerobic and heterotrophic biofilms. Various hydrodynamic conditions were applied to grow the biofilms. Beyond a Peclet Number of transitions, convection in the channels was observed. Biofilm growth models were then completed taking account this convection via the effective diffusivity coefficient. Experimental results showed that organic mass consumption kinetic grows with the Reynolds Number associated with an increase in the mass transfer capacity of the biofilms

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Boucif, Noureddine. "Modélisation et simulation de contacteurs membranaires pour les procédés d'absorption de gaz acides par solvant chimique." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0280/document.

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Abstract:

L'objectif primordial de cette thèse est la recherche de modèles mathématiques qui sont à mieux de décrire le processus d'absorption gaz-liquide dans un contacteur membranaire à fibres creuses poreuses ou denses. La configuration géométrique de ces contacteurs combinée à leur compacité, et de leur faible consommation d'énergie leur permet de se substituer progressivement aux procédés conventionnels tels les colonnes à garnissage et autres tours d'absorption. Notre but est d'étudier la performance de ces processus novateurs par l'élaboration de modèles mathématiques de plus en plus rigoureux. Pour cela, nous avons étudié plusieurs cas de figures où l'hydrodynamique d'écoulement des fluides, la nature du soluté et/ou du solvant ont été changées. Dans un premier temps, il n'a été tenu compte que de l'hydrodynamique du compartiment côté fibre pour deux types de processus d'absorption avec et sans réaction chimique. Par la suite, l'hydrodynamique d'écoulement des fluides dans le côté fibre comme côté calandre a été prise en considération. Des modèles ont été développés pour l'absorption classique de gaz carbonique dans des solutions de monoéthanolamine (liquide d'absorption de référence) où l'écoulement du fluide côté calandre est assimilé à un écoulement piston dans un premier cas, obéissant au modèle dit de surface libre "modèle de Happel" dans un deuxième cas, et enfin caractérisé par des équations de moments de Navier-Stokes dans un troisième cas. La comparaison des résultats numériques de ces modèles a montré que ceux du troisième cas de figure sont les plus proches des résultats d"essais expérimentaux
The overarching objective of this thesis is the research of mathematical models which are better to describe the process of gas-liquid absorption in a membrane contactor with porous or dense hollow fibers. The geometric configuration of these contactors, combined with their low energy consumption and their compactness, allows them to gradually replace conventional processes such as packing towers and absorption columns. Our goal is to study the performance of these innovative processes by developing more rigorous mathematical models. In this scope, we studied several cases where the hydrodynamics of fluid flow, the nature of the solute or solvent have been changed. First, only the hydrodynamics of the fibre side compartment has been taken into account for two types of an absorption process with and without chemical reaction. Subsequently, the hydrodynamics of fluid flow in both the fiber side as shell side were taken into consideration. Models have been developed for classical carbon dioxide absorption in monoéthanolamine solutions (liquid absorption of reference) where the flow fluid in the shell were is assumed to obey a plug-flow in a first case, described by the surface free model known as "Happel model" in a second case, and finally characterized by the momentum Navier-Stokes equations in a third case. The comparison of the numerically simulated results collected from the three models showed that those of the third case matched very closely with the laboratory experimental results

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Chery, Olivier. "Étude hydrodynamique et transfert de matière dans un contacteur gaz-liquide à film centrifuge dans le cadre de procédés de traitement d'effluents gazeux contenant du dioxyde de soufre et/ou des oxydes d'azote." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1994. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_1994_CHERY_O.pdf.

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Abstract:

Dans le cadre d'un programme B. R. I. T. E. De la C. C. E. , nous étudions un procédé de traitement d'effluents gazeux contenant du dioxyde de soufre et/ou des oxydes d'azote, par absorption suivie de l'oxydation de ces espèces. Dans une première phase, nous avons utilisé un contacteur gaz-liquide ayant des caractéristiques de transfert de matière élevées: le réacteur à film centrifuge. La caractérisation hydrodynamique du contacteur a permis de mettre en évidence les régimes de fonctionnement, le comportement, du réacteur piston au réacteur parfaitement agité, ainsi que les paramètres essentiels: la vitesse de rotation et la contre-pression. Nous avons ensuite déterminé les caractéristiques de transfert de matière de l'absorbeur par la mesure des coefficients volumiques de transfert de matière cote gaz et liquide. La dernière étape de cette étude a été une application du réacteur à film centrifuge à l'absorption d'un mélange dilué d'oxyde et de dioxyde d'azote dans une solution aqueuse d'urée. Il s'avère que les temps de séjour rencontrés dans le contacteur sont trop faibles pour que certaines réactions d'élimination de ces polluants puissent avoir lieu. La seconde partie a consisté à concevoir et à mettre en œuvre un réacteur à film tombant laminaire cylindrique, destiné à déterminer la cinétique de la réaction chimique suivant l'absorption du dioxyde de soufre dans une solution aqueuse acide de cérium quatre. Seules, quelques expériences ont pu être réalisées montrant que la réaction est probablement intermédiaire. D’autres expériences doivent également être menées afin de mieux caractériser ce réacteur

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Villeneuve, Kévin. "Contacteurs à membranes composites pour le captage du CO2 en postcombustion dans des solutions ammoniacales en vue de sa valorisation sur site industriel : étude expérimentale et modélisation des étapes d'absorption et de désorption." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0223.

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Abstract:

L'objectif de ces travaux vise à évaluer les performances d'un contacteur membranaire à fibres creuses utilisé pour réaliser l'absorption chimique du CO2 dans une solution ammoniacale ainsi que la régénération de cette dernière. Les membranes utilisées sont composites, c'est-à-dire composées d'une fine couche dense recouverte sur un support microporeux, la couche dense permettant d'éviter le mouillage par pénétration de liquide dans la membrane. Pour réaliser ces études, une approche combinant expérimentation et modélisation a été adoptée. Lors de la réalisation de l'absorption chimique avec un contacteur membranaire, des chutes importantes d’efficacité de captage du CO2 au cours du temps ont été observées et confirment les résultats obtenus lors de travaux ultérieurs. Cette baisse des performances est attribuée à la précipitation de sels d’ammonium en phase gaz. Lors de l'utilisation d’un gaz saturé en vapeur d'eau, comme le seraient les fumées industrielles, les performances du procédé se sont révélées stables. Un modèle 1D multi-composant adiabatique du contacteur a été développé sur Aspen Custom Modeler® et validé à partir des résultats expérimentaux. Les simulations réalisées avec ce modèle ont confirmé le potentiel d'intensification volumique de la technologie, toutefois, la réduction des pertes de NH3, grâce à l'utilisation d’une couche dense sélective moins perméable à NH3 qu’au CO2, n’a pas été satisfaisante. Les phénomènes de condensation dans les contacteurs membranaires ont été étudiés par expérimentation et modélisation. Il a ainsi été montré que le mouillage par condensation de la membrane ne devrait pas survenir, par contre, la condensation dans le lumen des fibres creuses entraîne une augmentation importante de la perte de charge pouvant conduire à des coûts de compression des gaz à traiter plus élevés. Des expériences et des simulations sur la régénération de solutions ammoniacales chargées avec des contacteurs membranaires ont été effectuées et des disparités importantes ont été trouvées entre les flux de CO2 mesurés et simulés. Une réduction volumique de trois par rapport à la colonne à garnissage a pu être calculée laissant entrevoir un potentiel intéressant de la technologie pour l’étape de régénération. En collaboration avec les partenaires du projet C2B, dans lequel s’intègre cette thèse, des essais d’absorption de CO2 ont été réalisés sur site avec un contacteur de taille industrielle. Les résultats de ce pilote sont conformes aux résultats obtenus au laboratoire et encourageants quant au transfert de la technologie vers l’échelle industrielle
This work aims to evaluate the performances of hollow fiber membrane contactors used for the CO2 absorption in aqueous ammonia and the regeneration of the latter within the frame of post-combustion CO2 capture. Fibers are made of a thin dense layer coated on a microporous support, the dense layer prevent membrane wetting by liquid penetration. Both experiment and modelling were done. During absorption experiments, important decrease of the CO2 capture efficiency was observed due to ammonium salts precipitation in the gas-side corroborating results from previous works. Experiments with CO2/N2 mixture saturated with water vapor, as would be the case for flue gas, interestingly, showed stable performances of the process. A one-dimensional multi-component adiabatic transfer model for CO2 absorption in NH3 has been implemented in Aspen Custom Modeler® and validated with experimental results. The simulations performed with the model confirmed the volumetric intensification potential of the technology, however, the NH3 slip reduction expected, because of the use of a dense layer more permeable to CO2 than NH3, wasn’t satisfying. Water condensation phenomenon in membrane contactors were studied with both experiments and simulations. It was thus showed that membrane pore wetting by condensation should not happened but gas-side condensation led to an important increase of the pressure drop with the potential of increasing compression costs. Experiments and simulations of the desorption of CO2 from a loaded aqueous ammonia solution with a membrane contactor were performed and important disparities were found between CO2 flux measured and simulated. A volumetric reduction of the membrane contactor when compared to the packed column was calculated highlighting the potential of the technology for the stripping step. In collaboration with the partners of the C2B project, in which this thesis is integrated, CO2 absorption essays were carried out on site with an industrial scale membrane contactor. The results of this pilot are consistent with laboratory results and encourages the transfer of the technology to the industrial scale

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Toro, Molina Carol. "Comparaison du captage du CO2 en postcombustion par des solutions d'ammoniaque et d'amines organiques : Évaluation en contacteurs direct et indirect, par des approches cinétiques, thermodynamiques et par modélisation." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00935386.

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Abstract:

Actuellement, la production d'énergie est de plus en plus associée à une hausse simultanée d'émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). Malgré les inquiétudes concernant les GES dans l'atmosphère, les énergies fossiles resteront probablement longtemps la principale source d'énergie primaire à l'échelle mondiale. Le procédé de captage de CO2, principal gaz à effet de serre, généralement préconisé est un procédé d'absorption chimique avec de la monoéthanolamine (MEA). Ce procédé pose de nombreux problèmes comme le coût de la régénération de l'amine. Cette étude s'intéresse à une alternative consistant à absorber chimiquement le dioxyde de carbone dans une solution aqueuse d'ammoniac. Par ailleurs, dans le but d'améliorer les procédés de captage et d'intensifier le transfert gaz-liquide, des techniques de captage à base de membranes (contacteurs membranaires) ont été développées et couplées à l'absorption chimique. Dans un premier temps des mesures d'absorption du CO2 à partir d'une solution aqueuse d'ammoniac ont été réalisées. Ces mesures ont été effectuées entre 278 et 303 K dans un réacteur fermé de type cellule de Lewis. Le taux de charge maximum, la pression partielle du CO2 à l'équilibre ont été déterminés. Les performances ont été comparées à celles de solvants conventionnels tels que la MEA et la N-méthyldiéthanolamine (MDEA). Dans un second temps, des mesures d'absorption à travers un contacteur membranaire ont été réalisées. L'efficacité de captage est étudiée en fonction de la nature des matériaux constituants la membrane et des paramètres opératoires. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de capter le CO2 par l'ammoniaque à travers une membrane avec une efficacité de captage supérieure à 90 %. La membrane limite les pertes d'ammoniaque mais ne les élimine pas. La simulation du fonctionnement de la centrale thermique alimentée au charbon pulvérisé (CP) intégrant le captage de CO2 a été réalisée à l'aide du logiciel Aspen Plus. Les fumées issues de la post-combustion sont captées par différents solvants. Une étude paramétrique a été conduite afin de préciser les conditions optimales pour capter le CO2 par l'ammoniaque. Des comparaisons de dépense énergétique dans le cas de la régénération pour les solvants NH3, MEA et MDEA ont été réalisées. L'étude comparative suggère que l'absorption chimique utilisant l'ammoniaque comme solvant est un des procédés les plus intéressants pour la centrale CP.

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Chau, Nguyen. "Étude et comparaison de trois contacteurs gaz-liquide a auto-aération." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1993. http://www.theses.fr/1993INPL115N.

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Abstract:

Une méthodologie d'étude de contacteurs gaz-liquide a été analysée et appliquée à l'étude de trois contacteurs gaz-liquide alimentés en gaz par autoaspiration selon trois mécanismes: vortex assisté par tube de tirage, turbine autoaspirante et arbre creux, éjecteur et boucle de recirculation. Le dimensionnement et la réalisation des maquettes ont été menés successivement a partir d'une base commune constituée par une cuve de dimension semi-industrielle et de capacité avoisinant les 200 l. L'hydrodynamique et les paramètres de transfert de matière gaz-liquide ont été examinés dans l'optique d'une comparaison des performances et d'une interprétation en terme de modèles de zones

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Torres, Merino Jesús. "Contacteurs gaz-liquide pour pompes à chaleur à absorption multi-étages." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1997. http://www.theses.fr/1997INPL017N.

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Abstract:

Le présent travail est une contribution à l'étude des pompes à chaleur à absorption. Nous nous sommes intéressés en particulier à l'hydrodynamique et au transfert de chaleur par la technique du film ruisselant. Cette étude nous a permis de concevoir et développer des nouvelles structures d'évaporateurs et désorbeurs à ailettes spiralées internes et externes en graphite pouvant résister de manière significative à la corrosion des couples de travail utilisés dans des pompes à chaleur à absorption à des températures de l'ordre de 230°C de pressions de l'ordre de 6 à 7 bar. Le premier chapitre présente une analyse bibliographique et une étude expérimentale de l'hydrodynamique d'un film ruisselant sur des contacteurs gaz-liquide de différentes structures. Le deuxième chapitre repose sur une étude expérimentale du transfert de chaleur en échauffement d'un tube en graphite à ailette spiralée externe. Nous comparons notamment ces résultats à ceux des modèles existants. Dans le quatrième chapitre nous abordons la modélisation et le calcul d'une frigopompe utilisant le binaire eau-bromure de lithium. Nous présentons les résultats obtenus en échauffement et en évaporation sur le banc d'essais d'un désorbeur-condenseur qui peut être une des bases pour la conception d'une pompe à chaleur à absorption à trois effets. Enfin dans le cinquième chapitre nous présentons les diagrammes enthalpiques, entropiques et exergétiques calculés pour le couple eau-bromure de lithium qui peuvent être utiles pour une analyse entropique et exergétique des irréversibilités dans les processus de séparation et de mélangeage

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Magaud, Fabien. "Contributions expérimentales à l'étude d'écoulements à bulles de type contacteurs gaz-liquide." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://www.theses.fr/1999INPL109N.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements à bulles de type contacteur gaz-liquide. Nous avons réalisé un tel écoulement dans une conduite rectangulaire verticale, à faibles vitesses liquides (U1= 1Ocm/s) et importants taux de vide ( [alpha] [supérieur ou égal à] 10% ). Dans un premier temps, nous avons qualifié l'écoulement monophasique en utilisant la vélocimétrie à ultrasons et la vélocimétrie à images et particules. En écoulement diphasique, nous avons obtenu le taux de vide, la taille des bulles et la vitesse des bulles par mesures de sonde optique double. Nous avons aussi mesuré les vitesses de la phase liquide par vélocimétrie à film chaud. Les résultats se comparent relativement bien à ceux de la littérature. Dans un second temps, nous avons étudié le frottement pariétal en écoulement à bulles. Par méthode polarographique, nous avons obtenu des mesures de frottement moyen et fluctuant, des mesures d'échelle de frottement moyen et fluctuant, des mesures d'échelle intégrale de longueur, des mesures des temps de cohérence spatio-temporelle et des mesures de vitesse de convection. Ces données nous ont permis d'estimer quelques caractéristiques intéressantes en turbulence de paroi, telles que la validité de la loi logarithmique, l'énergie cinétique turbulente ou la dissipation turbulente.

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Chabanon, Élodie. "Contacteurs à membranes composites et contacteurs microporeux pour procédés gaz-liquide intensifiés de captage du CO2 en post-combustion : expérimentation et modélisation." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0061.

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Abstract:

La réduction des émissions de CO2 anthropique est un des enjeux majeurs du 21eme siècle pour de nombreux pays. De nombreux procédés sont développés pour le captage du CO2, parmi lesquels l'absorption gaz-liquide par contacteur membranaire. L'utilisation d'une membrane permet d'intensifier le transfert grâce à une aire interfaciale développée 2 à 10 fois plus élevée (1000 à 5000 m2. M-3) que celle d'une colonne d'absorption (procédé de référence). Deux types de fibres sont étudiées : microporeuses et composites. Dans une partie expérimentale, l'influence de la nature des matériaux, des paramètres géométriques et opératoires sur les propriétés de transfert de matière et sur la stabilité des performances de captage des contacteurs membranaires est étudiée. Les résultats obtenus pour des durées d'expérimentation courte (dizaine d'heures de temps de contact), sont en adéquation avec les résultats présents dans la littérature. Bien que l'ajout d'une peau dense à un support poreux constitue une résistance supplémentaire au transfert de matière, une étude dédiée, effectuée sur des temps de contact importants (plusieurs centaines d'heures), a permis pour la première fois de valider le concept de résistance au mouillage des fibres à peau dense, comparativement aux fibres microporeuses (PP et PTFE). Dans une partie modélisation, une étude comparative d'approches mathématiques de complexité croissante a été menée. Un seul paramètre ajustable a été délibérément retenu : le coefficient de transfert de matière dans la membrane (km). Cette étude a estimé des valeurs de km obtenues par ajustement des données expérimentales dans la plage de données rapportées dans la littérature (10-2 à 10-5 m. S-1). Cependant, l'hypothèse d'une valeur caractéristique du km qui dépend du régime de fonctionnement est posée et commentée. Cette approche diffère singulièrement des travaux rapportés dans la littérature, qui postulent le plus souvent une valeur unique pour un matériau membranaire donné. Dans ces conditions, l'intérêt des fibres composites, qui présentent une valeur constante et vraisemblablement prédictible du coefficient de transfert membranaire de par leur résistance aux phénomènes de mouillage, apparaît comme particulièrement prometteur pour intensifier les procédés de captage du CO2 en post-combustion par absorption gaz-liquide
The decrease of the CO2 anthropogenic emissions is one of the main aims of the 21st century. Different processes are developed in order to capture CO2, but gas-liquid absorption in packed columns is considered as the reference postcombustion technology. Membrane contactors, which could potentially decrease by a factor 2 to 10 the size of the absorption units due to an increased interfacial area (1000 to 5000 m2. M-3 ), a so-called intensification effect, have been investigated in this study. Two kind of hollow fibers are studied: microporous and composite membranes (i. E. A dense polymeric skin coated on a porous support). In a first part, a series of experiments is reported to evaluate the influence of some geometric and operating parameters on the process capture performances and on the mass transfer characteristics. Results obtained on short time scale experiments are in agreement to the literature results. Even though a dense skin layer on a porous support generates an additional resistance to the mass transfer, a dedicated study carried out on long time scale (several hundreds hours) show for the first time that mass transfer performances of composite fibers can be similar to microporous unwetted membranes. Moreover, the wetting resistance of the composite fibers compared to microporous hollow fibers (PP and PTFE) is clearly demonstrated. In a second part, a comparative study of different mathematical models with increasing complexity is carried out. One parameter is used to fit the experimental results: the membrane mass transfer coefficient (km). Km values obtained through curve fits are in the range of data reported in the literature (10-2 to 10-5 m. S-1). However, the assumption of a km effective value which would depend of the operating conditions is addressed and discussed. This approach is different from the studies reported in the literature which generally postulates a single value for a given membrane material. Under these conditions, the composite membrane interest, which shows a constant and probably predictable value of the membrane mass transfer coefficient due to their wetting resistance, seems to be promising to intensify the gas-liquid absorption process in CO2 postcombustion capture

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Cockx, Arnaud. "Modélisation de contacteurs gaz-liquide : application de la mécanique des fluides numériques aux airlifts." Toulouse, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAT0043.

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Abstract:

Les contacteurs gaz-liquide sont utilisés dans le domaine du traitement des eaux à potabiliser ou résiduaires. Le problème est d’optimiser le transfert de matière entre les bulles de gaz et de liquide. Le premier objectif est de mieux comprendre quels mécanismes physiques locaux contrôlent le transfert de matière et l’hydrodynamique. Nous nous sommes appuyés sur la mécanique des fluides numérique couplée à l’analyse expérimentale. Le deuxième objectif est de proposer une nouvelle approche de calcul pour dimensionner des contacteurs gaz-liquide par des modèles diphasiques filaires. Cette approche constitue un niveau de modélisation de complexité intermédiaire entre la simulation numérique tridimensionnelle et la caractérisation globale des réacteurs. Ce travail se situe donc à l’intersection entre la Mécanique des Fluides et le Génie des Procédés. L’étude a principalement porté sur la modélisation des air lifts. Le code de calcul utilisé est le code ASTRID. Une fois l’hydrodynamique diphasique locale validée, on a simulé le transport de constituant. On montre que la turbulence a une faible contribution à la dispersion axiale. Enfin, nous avons simulé le transfert de matière et comparé nos résultats à l’expérience. Ce premier travail montre les potentialités de la Mécanique des Fluides Numérique couplée à une physique correcte pour simuler le fonctionnement des réacteurs diphasiques. Nous avons ensuite appliqué le modèle à d’autres contacteurs diphasiques ( tube en U, bassin aéré et colonne à bulles).

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Yue, Jun. "Hydrodynamiques et caractéristiques du transfert de matière dans les contacteurs gaz-liquide à microcanaux." Chambéry, 2008. http://www.theses.fr/2008CHAMS035.

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Abstract:

Les contacteurs gaz-liquide à microcanaux ont fortement attiré l'attention de la recherche dans ces dernières années étant donné leur potentiel dans de nombreuses opérations industrielles de transfert de matière ou de réactions gaz-liquide. Ce travail a donc pour objectif d'approfondir les connaissances concernant l'hydrodynamique et les caractéristiques du transfert de matière dans ce type de contacteur. Dans une première partie, le régime d'écoulement diphasique pour un mélange co2-eau a été examiné dans trois microcanaux de diamètres hydrauliques différents. Suivant les débits de gaz et de liquide envoyés dans le microcanal, cinq régimes d'écoulement ont été observés. Nous avons mis en évidence que l'écart entre les prévisions des corrélations existantes proposées pour décrire les transitions entre les différents types d'écoulement et nos résultats expérimentaux s'accroissent lorsque le diamètre hydraulique diminue. à partir de nos résultats expérimentaux, nous avons proposé une corrélation afin de décrire la transition entre l'écoulement de Taylor et celui à bouchons instables. La deuxième partie consiste à mesurer les pertes de charge pour les mélanges azote-eau et co2-eau. Nous avons montré que les pertes de charge établies sur les modèles classiques de type homogène ou à phases séparées n'arrivent pas à décrire correctement les résultats expérimentaux. De nouvelles corrélations ont été développées pour améliorer l'applicabilité de ces modèles. Dans une troisième étape, l'influence des conditions opératoires sur le transfert de matière gaz-liquide dans un microcanal rectangulaire de diamètre hydraulique de 667 micromètre a été déterminée par des méthodes d'absorption physique et chimique. Nous montrons que le coefficient global de transfert de matière côté liquide et l'aire interfaciale obtenus dans ce contacteur sont au moins de 1 a 2 ordres de grandeur supérieurs à ceux obtenus avec des contacteurs gaz-liquide traditionnels. La quatrième partie porte sur l'hydrodynamique et le transfert de matière en écoulement de Taylor pour un mélange air -eau dans deux microcanaux carrés de diamètres hydrauliques de 400 et 200 micromètres. Nous avons observé que la longueur des bouchons liquides est courte (moins de 1,5 fois le diamètre hydraulique). De ce fait, les modèles existantes établis dans des tubes capillaires avec un diamètre à l'ordre du millimètre ne peuvent pas prédire raisonnablement les résultats expérimentaux. De nouvelles corrélations ont donc été proposées pour évaluer la perte de charge et le coefficient global de transfert de matière côté liquide en écoulement de Taylor dans ces microcanaux. Enfin, nous avons fait des essais d'absorption du co2 dans l'eau avec un contacteur comprenant deux distributeurs constructaux intégrés avec 16 microcanaux de diamètre hydraulique de 667 micromètre montés en parallèle. Les mesures montrent une distribution diphasique presque uniforme dans ces microcanaux quand le régime d'écoulement est celui correspondant à des bouchons annulaires. Par conséquent, une efficacité du transfert de matière identique à celle observée sur un seul microcanal peut être maintenue, ce qui permet d'envisager une extrapolation relativement aisée des mesures effectuées à un système de plus grande taille
Gas-liquid microchannel contactors have drawn much research interest in recent years in view of their potential in many mass transfer operations and gas-liquid reactions. The present work aims at an investigation of hydrodynamics and mass transfer characteristics in this type of contactor in great depth. In the first part, co2-water two-phase flow pattern has been investigated in three microchannels with different hydraulic diameters. Five flow patterns have been observed in these microchannels depending on the flow rates of gas and liquid. The fitting performance of the existing correlations for describing flow pattern transition in microchannels was evidenced to deteriorate as the hydraulic diameter of the microchannel decreased. Based on the experimental data, a correlation has been proposed to predict the transition boundary between Taylor flow and unstable slug flow. The second part deals with pressure drop of both n2-water and co2-water two-phase flows in microchannels. It has been shown that pressure drop correlations based on the traditional homogeneous flow model and separated flow model fail to describe the experimental data. Some new correlations have been developed in order to improve the applicability of such models. In the third part, the influence of the operational conditions on gas-liquid mass transfer has been determined in a rectangular microchannel with hydraulic diameter of 667 micrometer by physical and chemical absorption methods. It has been shown that liquid side volumetric mass transfer coefficient and interfacial area in this microchannel contactor are at least one or two orders of magnitude higher than those achieved in traditional gas-liquid contactors. The fourth part is concerned with air-water Taylor flow and mass transfer in two square microchannels with hydraulic diameters of 400 and 200 micrometers. It was observed that lengths of liquid slugs in these microchannels were short (less than 1. 5 times hydraulic diameter). Consequently, the available models developed for capillaries with diameters on the order of millimeters cannot well represent the experimental results. Some new correlations have thus been developed in order to predict pressure drop as well as liquid side volumetric mass transfer coefficient during Taylor flow through the two microchannels. Finally, experiments on co2 absorption into water have been performed in a contactor in which two constructal distributors were integrated with 16 parallel microchannels having hydraulic diameters of 667 micrometer. The results indicated that a nearly uniform two-phase flow distribution could be realized under the ideal flow pattern of slug-annular flow as a result the same mass transfer efficiency as that achieved in a single microchannel can be maintained which offers a relatively easy method for the scale-up of microchannel contactors to even larger scale

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Pierre, François-Xavier. "Les contacteurs membranaires appliqués à l'extraction de composés d'arôme." Paris, Institut national d'agronomie de Paris Grignon, 2002. http://www.theses.fr/2002INAP0050.

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Chiciuc, Igor. "Etude des paramètres affectant le transfert d'oxygène dans les vins." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557051.

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Abstract:

La micro-oxygénation des vins, par la dispersion de bulles d'oxygène, est une pratique de plus en plus utilisée dans le domaine de l'œnologie. Cette technique n'est pas toujours convenablement maitrisée par manque de connaissances scientifiques sur les paramètres régissant le transfert de l'oxygène. La recherche s'est focalisée sur l'étude des coefficients de transfert en fonction des composés du vin (CO2, éthanol, sucrose, consommateurs d'oxygène) et des conditions opératoires (type de diffuseur, température, rapport entre hauteur et diamètre du contenant de liquide). Les résultats montrent que lors de la micro-oxygénation, le dioxyde de carbone dissous et le sucrose ont une incidence négative sur le transfert alors que la présence d'éthanol améliore le transfert. En ce qui concerne les conditions opératoires, l'augmentation de débit de gaz et l'augmentation de rapport entre la hauteur et le diamètre de la cuve de micro-oxygénation joue positivement sur le transfert d'oxygène La surface spécifique des bulles et le coefficient de transfert de matière ont pu être dissociés pour les vins. La nature tensio-active des composés du vin semble être un élément important sur le transfert de matière. Les connaissances acquises ont été appliquées à la micro-oxygénation au cours de deux étapes de l'élaboration des vins : la fermentation alcoolique avec la maitrise de l'apport d'oxygène et la simulation de la technique d'élevage en barrique par micro-oxygénation couplée à l'ajout de copeaux de bois. Une nouvelle approche concerne l'étude d'un contacteur membranaire qui permet le transfert d'oxygène par diffusion.

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Chabanon, Elodie. "Contacteurs à membranes composites et contacteurs microporeux pour procédés gaz-liquide intensifiés de captage du CO2 en post-combustion : expérimentation et modélisation." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00677145.

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Abstract:

La réduction des émissions de CO2 anthropique est un des enjeux majeurs du 21eme siècle pour de nombreux pays. De nombreux procédés sont développés pour le captage du CO2, parmi lesquels l'absorption gaz-liquide par contacteur membranaire. L'utilisation d'une membrane permet d'intensifier le transfert grâce à une aire interfaciale développée 2 à 10 fois plus élevée (1000 à 5000 m2.m-3) que celle d'une colonne d'absorption (procédé de référence). Deux types de fibres sont étudiées : microporeuses et composites. Dans une partie expérimentale, l'influence de la nature des matériaux, des paramètres géométriques et opératoires sur les propriétés de transfert de matière et sur la stabilité des performances de captage des contacteurs membranaires est étudiée. Les résultats obtenus pour des durées d'expérimentation courte (dizaine d'heures de temps de contact), sont en adéquation avec les résultats présents dans la littérature. Bien que l'ajout d'une peau dense à un support poreux constitue une résistance supplémentaire au transfert de matière, une étude dédiée, effectuée sur des temps de contact importants (plusieurs centaines d'heures), a permis pour la première fois de valider le concept de résistance au mouillage des fibres à peau dense, comparativement aux fibres microporeuses (PP et PTFE). Dans une partie modélisation, une étude comparative d'approches mathématiques de complexité croissante a été menée. Un seul paramètre ajustable a été délibérément retenu : le coefficient de transfert de matière dans la membrane (km). Cette étude a estimé des valeurs de km obtenues par ajustement des données expérimentales dans la plage de données rapportées dans la littérature (10-2 à 10-5 m.s-1). Cependant, l'hypothèse d'une valeur caractéristique du km qui dépend du régime de fonctionnement est posée et commentée. Cette approche diffère singulièrement des travaux rapportés dans la littérature, qui postulent le plus souvent une valeur unique pour un matériau membranaire donné. Dans ces conditions, l'intérêt des fibres composites, qui présentent une valeur constante et vraisemblablement prédictible du coefficient de transfert membranaire de par leur résistance aux phénomènes de mouillage, apparaît comme particulièrement prometteur pour intensifier les procédés de captage du CO2 en post-combustion par absorption gaz-liquide.

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Vial, Christophe. "Apport des méthodes de la mécanique des fluides à l'étude des contacteurs gaz/liquide : expérience et simulation numérique." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_VIAL_C.pdf.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique d'une colonne à bulles et d'un réacteur à gazosiphon à recirculation externe. Il comporte trois parties. Dans un premier temps, nous avons mis au point la métrologie nécessaire à la mesure de paramètres hydrodynamiques globaux et locaux dans les écoulements à bulles. Dans cette partie, des méthodes de traitement des fluctuations du signal de pression en paroi ont été développées pour l'identification du régime d'écoulement, et trois techniques de mesures ont été adaptées aux écoulements à bulles pour mesurer la vitesse locale de la phase continue : le tube de «Pavlov», une méthode électrochimique et la vélocimétrie laser Doppler. Ces méthodes ont complété les techniques déjà disponibles pour étudier la dynamique de la phase gaz : sondes optiques locales et sonde Doppler à réflexion d'ultrasons. Cet ensemble de méthodes de mesure nous a ensuite permis de caractériser l'hydrodynamique des deux réacteurs. Les transitions de régime ont été déterminées. Les paramètres mesurés, aussi bien à l'échelle locale qu'à l'échelle du réacteur, sont: le taux de vide, la vitesse, la taille et la morphologie des bulles, ainsi que la vitesse du liquide et ses fluctuations locales. La contrainte tangentielle de frottement, qui ne pouvait être mesurée, a été estimée à partir d'un modèle simple. Finalement, l'évolution de tous ces paramètres a été analysée en fonction du débit de gaz, de son mode de distribution et du régime d'écoulement. Enfin, l'ensemble des données expérimentales obtenues aux échelles locales et globales sur les deux réacteurs a été comparé aux résultats fournis par un logiciel commercial de CFD. Différentes formulations de la traînée, des forces additionnelles et de la turbulence ont été utilisées pour obtenir le meilleur accord possible entre calculs et expériences. La capacité de ce code commercial à prédire correctement l'écoulement ainsi que ses limitations actuelles ont été étudiées
This work is devoted to the experimental study, the modelling and the numerical simulation of the hydrodynamics of a bubble column and an external loop airlift reactor. It includes three parts. First, measuring techniques have been developed to study the local and global hydrodynamic parameters of the bubbly flow. In this section, several treatments of the fluctuating wall pressure signal have been developed to identify the prevailing flow regime; three measuring techniques have been adapted to bubbly flows in order to measure the local velocity of the continuous phase: the "Pavlov" tube, an electrochemical method and Laser Doppler Velocimetry. These techniques have completed the methods already available to study the dynamics of the gas phase: local optical probes and an ultrasound Doppler technique. Then, this set of measuring techniques has been used to characterise the hydrodynamics in both reactors. Regime transitions have been deterrnined. The local and global parameters which have been measured are: the gas hold-up; the velocity, the size and the morphology of the bubbles; the liquid velocity and its local fluctuations. The Reynolds shear stress, which could not be measured, has been estimated using a simple model. The evolution of these parameters has been related to the gas flow rate, the gas distribution and the hydrodynamic regime. The whole experimental data are finally compared to the predicted values obtained using a commercial CFD code. Several models of drag, additional forces and turbulence have been used to obtain the best agreement between calculations and experiments. The ability of this commercial code to predict correctly the flow and its current limits have been highlighted

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Fougerit, Valentin. "Développement d’un procédé innovant d’épuration du biogaz par mise en oeuvre de contacteurs à membranes." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC053/document.

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L’épuration est une solution attractive pour la valorisation du biogaz. Néanmoins, les coûts associés à ces procédés constituent un frein au développement, en particulier pour l’épuration du biogaz d’origine agricole.Ces travaux ont évalué le contacteur à membranes, technologie issue du poumon artificiel, pour le développement d’un procédé d’absorption physique, robuste et répondant aux exigences de la filière. Un pilote expérimental modulaire (150-880 NL/h biogaz) a permis d’investiguer les performances du procédé en termes de rendement méthane R_CH4 et de qualité méthane y_CH4,out.Le contacteur à membranes permet de produire un biométhane répondant aux spécifications de l’injection réseau. Les paramètres opératoires clés ont été mis en évidence par un plan d’expérience. Parmi les limites connues du procédé, l’effet de l’humidification de la membrane sur le débit d’absorption du CO2 reste limité (< 10.5%) : une nouvelle description de l’humidification des pores a été proposée. La composition du gaz est plus limitante : le coefficient de transfert du CO2 est divisé par un facteur 2-3 lorsque celui-ci est présent en mélange plutôt qu’en gaz pur. Plusieurs configurations et solvants ont été testés pour améliorer les performances. L’intégration d’une boucle de recyclage et le remplacement de l’eau par une solution de sels (KCl) ont permis de déployer un procédé breveté atteignant les performances visées (R_CH4=98.7%, y_CH4,out=97.5%) : le flux membranaire est de 42 NL/m2/h CO2.En vue d’un dimensionnement industriel, un modèle original de transfert a été développé pour intégrer la géométrie interne spécifique du module membranaire. Optimisé et validé pour l’absorption de CO2 pur, cet outil numérique a nécessité l’optimisation d’une correction additionnelle inspirée des lois de diffusion pour décrire la limite observée en présence d’un mélange de gaz.Une mise à l’échelle est proposée pour 3 unités industrielles (100, 250 et 500 Nm3/h biogaz) sur la base des équipements disponibles. Les dimensionnements obtenus par analyse dimensionnelle ou par modélisation numérique diffèrent de 25 à 40 % et doivent encore être validés
Upgrading is an attractive pathway for biogas utilization. Yet, the costs associated to these processes are still an obstacle to a widespread development, specifically in the case of farm anaerobic digestion units.This PhD has assessed membrane contactor, a technology derived from the artificial lung, for the development of a robust gas-liquid physical absorption process meeting the biogas industry expectations. A modular experimental pilot (150-880 NL/h biogas) was designed to investigate the performances in terms of methane recovery R_CH4 and methane quality y_CH4,out.The membrane contactor technology turned out to be suitable to produce a gas-grid quality biomethane. Key operating parameters were identified through a Design of Experiments. Among known process limitations, membrane wetting was found to have little influence on CO2 absorption (< 10.5%): a new pore wetting description was suggested. Gas composition was a stronger limitation: the CO2 mass transfer coefficient was divided by a factor 2-3 in the presence of a gas mixture instead of as a pure gas.Process configurations and solvents were successively tested to improve the performances. The addition of a methane recycling loop and the replacement of water by a saline solution (KCl) were combined into a patent and reached the targeted performances (R_CH4=98.7%, y_CH4,out=97.5%): the corresponding absorbed flux is 42 NL/m2/h CO2.For a process upscaling purpose, an original mass transfer model was developed to describe the specific internal geometry of the membrane module. Firstly optimized and validated for the absorption of pure CO2, this numerical tool has required an optimized additional correction inspired from diffusion laws to account for the mass transfer limitation observed for a binary gas mixture.Process designs are suggested for 3 industrial cases (100, 250 and 500 Nm3/h biogas) based on an available membrane contactor range. The process sizings resulting from the dimensional analysis methodology or numerical simulation differ from 25 to 40 % and must then be confirmed

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Chiciuc, Igor. "Étude des paramètres affectant le transfert d'oxygène dans les vins." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14163/document.

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Abstract:

La micro-oxygénation des vins, par la dispersion de bulles d’oxygène, est une pratique de plus en plus utilisée dans le domaine de l’œnologie. Cette technique n’est pas toujours convenablement maitrisée par manque de connaissances scientifiques sur les paramètres régissant le transfert de l’oxygène. La recherche s'est focalisée sur l'étude des coefficients de transfert en fonction des composés du vin (CO2, éthanol, sucrose, consommateurs d’oxygène) et des conditions opératoires (type de diffuseur, température, rapport entre hauteur et diamètre du contenant de liquide). Les résultats montrent que lors de la micro-oxygénation, le dioxyde de carbone dissous et le sucrose ont une incidence négative sur le transfert alors que la présence d’éthanol améliore le transfert. En ce qui concerne les conditions opératoires, l’augmentation de débit de gaz et l’augmentation de rapport entre la hauteur et le diamètre de la cuve de micro-oxygénation joue positivement sur le transfert d’oxygène La surface spécifique des bulles et le coefficient de transfert de matière ont pu être dissociés pour les vins. La nature tensio-active des composés du vin semble être un élément important sur le transfert de matière. Les connaissances acquises ont été appliquées à la micro-oxygénation au cours de deux étapes de l'élaboration des vins : la fermentation alcoolique avec la maitrise de l’apport d’oxygène et la simulation de la technique d’élevage en barrique par micro-oxygénation couplée à l’ajout de copeaux de bois. Une nouvelle approche concerne l'étude d'un contacteur membranaire qui permet le transfert d’oxygène par diffusion
Micro-oxygenation of the wines, by the dispersion of oxygen bubbles, is a practice increasingly used in oenology. This technique is not always suitably controlled for lack of scientific knowledge on the parameters governing the transfer of oxygen. Research was focused on the study of transfer coefficients in function of wine components (CO2, ethanol, sucrose, consuming oxygen) and of operating conditions (type of diffuser, temperature, relationship between height and diameter of the container of liquid). The results show that during micro-oxygenation, the dissolved carbon dioxide and the sucrose have a negative incidence on the transfer whereas the presence of ethanol improves the transfer. As operating conditions are concerned, the increase in gas output and the increase in micro-oxygenation tank height/diameter ratio positively influence oxygen transfer. For wines, the specific surface of the bubbles and the mass transfer coefficient could be dissociated. The surfactant nature of wine components seems to be the most important factor in mass transfer. The knowledge so acquired was applied to micro-oxygenation during two stages of wine making: alcoholic fermentation with the oxygen yield control and the simulation of ageing technique in barrels coupled with the wood chips addition. A new approach relates to the study of a membrane contactor application allowing the oxygen transfer by diffusion

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Shalygin, Maxim. "Réalisation et caractérisation du transport sélectif gazeux de contacteurs gaz-liquide à membrane (Selective transport of gases in gas-liquid membrane system)." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2007. http://www.theses.fr/2007INPL022N/document.

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Abstract:

Ce travail rapporte l’étude de systèmes membranaires à valves sélectives (SMV), qui combinent les avantages des techniques de séparation par membrane et par absorption. La 1ère partie du mémoire présente l'étude du transport de matière en régime permanent et transitoire dans les SMV élaborés à partir de membranes polymères denses et de solution aqueuses. Dans la 2ème partie le développement d'un modèle mathématique original pour la simulation des SMV est proposé ainsi que son évaluation expérimentale pour les séparations CO2/CH4/H2, avec des solutions aqueuses confinées de K2CO3. Des améliorations simultanées de la perméabilité (˜ 4 fois) et de la sélectivité (>20 fois) ont été obtenues pour CO2 avec le mélange CO2/H2. Un logiciel basé sur un nouveau modèle de transport de gaz dans ces contacteurs membranaires prenant en compte la sorption physique et chimique dans la phase liquide a été développé pour le calcul de la perméabilité en régime transitoire ou permanent
Combined gas-liquid membrane systems gather the advantages of membrane and absorption separation techniques. Specifically, selective membrane valves (SMV called flowing liquid membranes) were studied, i.e. creation, gas transport experiments, liquid nature and temperature dependences, and modelling. SMV use a flowing layer of liquid supported between two membranes. The 1st part of the dissertation reports the study of steady and non-steady state gas transports in SMV built out dense polymeric membranes. In the 2nd part is given the development of an original mathematical model for SMV simulation and its experimental assessment for CO2/CH4/H2 mixtures with aqueous solutions of K2CO3. From systematic studies of steady and non-steady state processes, both in flow-through and circulating modes, it was found that increasing of temperature and liquid carrier concentration (K2CO3) leads to the simultaneous rise of permeability and selectivity during CO2 recovery from CO2/H2 mixture

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Sohaib, Qazi. "Capture post-combustion du dioxyde de carbone en couplant des contacteurs membranaires et liquides ioniques : étude expérimentale, modélisation et simulation." Thesis, Montpellier, 2020. http://www.theses.fr/2020MONTG016.

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Des contacteurs membranaires à fibres creuses (HFMC) ont été utilisés pour la capture du CO2 des courants gazeux. Pour ce faire, des liquides ioniques à température ambiante (RTIL) et des liquides ioniques d'acides aminés (AAIL) à base d'imidazolium ont été utilisés comme absorbants, avec une double approche expérimentale et de modélisation. La solubilité du CO2 à l'équilibre dans les RTIL a été mesurée par la chute de pression isochronique. Le mouillage des pores a été analysé avec la mesure de la tension superficielle des RTIL, l'angle de contact et la pression d'intrusion (LEP). Le travail expérimental de capture du CO2 à partir d'un mélange gazeux a été réalisé avec une unité à l'échelle de laboratoire en utilisant soit un HFMC pour l'absorption simple soit deux HFMC couplés, travaillant simultanément un en absorption et le second en désorption. En outre, une approche de modélisation en régime dynamique robuste et rigoureuse a été développée pour l'absorption isotherme (avec des RTIL) et non isotherme (avec des AAIL), les modèles développés ont étés validés avec les résultats expérimentaux et utilisés pour simuler un large éventail des conditions opératoires. Le flux d'absorption du CO2 et les coefficients de transfert de masse expérimentaux, initialement très élevés, décroisent avec le temps atteignant une valeur presque constante arrivant à un état pseudo-stationnaire. Avant d'atteindre l’état pseudo-stationnaire, le rendement de séparation du procédé couplé s’est montré plus efficace que l’absorption avec un module unique
Post-combustion CO2 capture in a hollow fiber membrane contactor (HFMC), using imidazolium-based room temperature ionic liquids (RTILs) and amino acid ionic liquids (AAILs) as absorbents, was studied through an experimental and modeling approach. Equilibrium solubility of CO2 in RTILs was measured by isochoric pressure drop. Pore wetting was analyzed by measuring surface tension of the RTILs, contact angle and liquid entry pressure (LEP). The experimental work of CO2 capture from a gas mixture was carried out with a laboratory scale unit using a single HFMC for absorption or two coupled HFMCs one for absorption and a second for desorption working simultaneously. Furthermore, robust and rigorous dynamic modelling approaches were developed for isothermal (with RTILs) and non-isothermal (with AAILs) absorption. Both isothermal and non-isothermal models were validated with experimental data and were used to simulate a large range of operating conditions. Initial high values of CO2 absorption rate and experimental mass transfer coefficients decreased with operation time and reached a nearly constant value at pseudo-steady-state. Before reaching pseudo-steady-state, the separation efficiency of coupled process was higher when compared with the absorption with a single module

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Makhloufi, Camel. "Étude expérimentale et modélisation d'un procédé de captage en CO2 en postcombustion par l'ammoniaque à l'aide de contacteurs membranaires : du matériau à l'évaluation de l'intensification de l'absorption." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0318/document.

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Abstract:

L'absorption du CO2 à l'ammoniaque au sein d'une colonne garnie est une technologie prometteuse pour capter le CO2 en postcombustion. La fuite d'NH3 engendrée par la volatilité de ce solvant gêne néanmoins le déploiement de ce procédé. Dans cette étude, la faculté des contacteurs membranaires à permettre des performances d'absorption du CO2 intensifiées et des pertes en NH3 réduites par rapport au procédé conventionnel est évaluée. Pour cela, l'emploi de fibres composites innovantes constituées d'une peau dense assurant un transport sélectif du CO2 vis-à-vis de NH3 a été proposé. Compte tenu des propriétés de ces molécules, aucun matériau ne présentait jusqu'alors de sélectivité de séparation favorable au CO2. Des essais de temps-retards ont permis de révéler 6 matériaux fluorés présentant les propriétés de sélectivités inverses recherchées. Le Teflon AF2400, polymère hautement perméable au CO2, a été choisi pour constituer les fibres creuses composites employées lors d'expériences d'absorption. Leurs performances ont été comparées à celles de contacteurs commerciaux microporeux (Oxyphan) et composites (Oxyplus) pour différentes conditions opératoires. Alors qu'aucune expérience stable n'a pu être achevée avec les contacteurs microporeux du fait de la précipitation de sels d'ammonium, les contacteurs composites ont permis des performances de capture supérieures aux objectifs fixés. La modélisation 2D du transfert de matière a permis de révéler le rôle prépondérant du support microporeux dans les performances d'absorption observées. Enfin, une intensification élevée des performances d'absorption du CO2 et des pertes en NH3 fortement réduites par rapport au procédé conventionnel ont pu être démontrées
Aqueous ammonia as a solvent for post-combustion CO2 capture in a packed column is seen as a promising technology. Nevertheless, ammonia volatility is a considerable drawback for its large scale deployment. In this study, the ability of hollow fiber membrane contactors to significantly improve CO2 mass transfer performances while mitigating ammonia losses when compared to packed column is evaluated. In that purpose, the use of innovating composite fibers made of a thin dense layer selective for CO2 over NH3 is proposed. Up to now, a faster permeation of CO2 compared to NH3 in dense polymers was totally unexpected and to our knowledge unexplored. Time-lag experiments have revealed a series of 6 fluorinated structures showing the desired reverse selectivity properties. Teflon AF2400 has been selected as the dense skin of composite fibers used during absorption experiments. Their performances have been compared, for different operating conditions, to those given by commercial microporous (Oxyphan) and composite (Oxyplus) membrane contactors. Due to ammonium salt precipitation issues, no stable experiment has been achieved using microporous membrane contactors. At the opposite, absorption efficiencies higher than post-combustion capture standards have been reached using composite membrane contactors. 2D mass transfer modeling has revealed the controlling role of the microporous support in the observed absorption performances. Finally, high CO2 mass transfer intensification factor and drastically reduced ammonia losses have been shown

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Dissertations / Theses on the topic 'Contacteur gaz-liquide'

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