La caractérisation d'une colonne à garnissage

Thèmes abordés

Caractérisation d'une colonne à garnissage, travaux pratiques, hydrodynamique, mode contre-courant, rétentions d'eau capillaires et dynamiques, anneaux Raschig, mesure de porosité, pertes de charge, garde hydraulique, constante de Burke-Plummer

Résumé du document

L'objectif de ce cours de travaux pratiques est d'étudier l'hydrodynamique d'une colonne à garnissage en mode contre-courant. Pour ce faire, nous allons dimensionner son garnissage (détermination de d, ag, ac et F). Nous tracerons également les courbes de fonctionnement du dispositif sur colonne sèche, puis à trois débits d'eau donnés et enfin sur colonne mouillée. Ensuite, nous estimerons les rétentions d'eau capillaires et dynamiques. Enfin, nous retrouverons graphiquement les constantes de Kozeny hk et de Burke-Plummer hb.

Extraits

[...] Enfin, on répète une dernière fois l'opération sur colonne mouillée. On notera que les tubes piézométriques indiquent la différence de pression entre, respectivement, le bas de la colonne et le haut de la colonne inférieure ; le bas de la colonne et le haut de la colonne supérieure. Tubes piézométriques Ci-jointes en annexe les courbes obtenues où sont repérés les points de charge remarquables. III. Rétentions La rétention, ou hold-up, représente le volume d'eau occupant à un instant donné une partie du volume de vide de garnissage. [...]

[...] Cette eau est transvasée dans la colonne, qu'on remplit alors d'anneaux Raschig. On vidange la colonne par le bas en laissant l'eau s'écouler durant dix minutes, et on repèse : mf = 6,300 kg. Ainsi, mi-mf = 0,050 kg d'eau ont été retenus par le garnissage, soit : Rétention capillaire = x 100 = x 100 = La valeur obtenue est cohérente au niveau de l'ordre de grandeur (on s'attend à trouver environ 1 mais approximative du fait de la manipulation qui est peu précise (eau perdue lors du transfert ou écoulement non total). [...]

[...] Cela s'explique par la propagation de l'erreur relative des grandeurs relevées au cours des manipulations (choix des débits via un rotamètre instable à haut débit, lecture de la perte de charge sur les tubes piézométriques délicate, et surtout repérage peu précis du niveau d'eau dans la petite colonne et la garde hydraulique). Ainsi, à L = 600 la courbe n'est pas exploitable. D'autre part, les constantes obtenues sont assez loin des valeurs théoriques. La droite obtenue est pourtant satisfaisante, toutefois une erreur possible de l'ordre de sur l'estimation de la porosité a une influence significative sur hk (facteur trois) et hb (facteur deux). [...]

[...] On commence donc par vidanger la garde hydraulique. On pèse Vgarde = g. On calcule ensuite la masse associée à une hauteur d'1 cm d'eau en pesant 10 cm d'eau : V10cm = 900 = 350 g V1cm = 35,0 g. On divise encore cette valeur par deux sachant que la garde est un système en U donc à deux tuyaux symétriques : on a V = 17,5 g. On note N la différence de hauteur entre le niveau d'eau quand la garde est pleine et quand elle est en fonctionnement aux débits choisis : N = 13 cm. [...]

[...] Pertes de charge Une colonne à garnissage permet le transfert de polluant(s) de la phase gaz à la phase liquide. Pour que son efficacité soit optimale, il faut se placer à des débits d'eau et d'air spécifiques : Atteindre un régime turbulent (au-delà de l'inflexion) permet de favoriser le transfert de matière En revanche la formation d'un bouchon d'eau à trop haut débit empêche le ruissellement et donc le bon fonctionnement de la colonne. Il est donc judicieux de se placer entre le point de charge (début des turbulences) et le point d'engorgement (formation d'un bouchon). [...]