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T TH HÈ ÈS SE E En vue de l'obtention du D DO OC CT TO OR RA AT T D DE E L L’ ’U UN NI IV VE ER RS SI IT TÉ É D DE E T TO OU UL LO OU US SE E Délivré par INSA de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et Environnement JURY Mr P. Le Cloirec - Professeur, ENS Chimie Rennes Mr B. Benadda - Professeur, INSA Lyon Mme M.H. Manéro - Professeur de l'université Paul Sabatier Mme S. BAIG - CERDEG Suez Mr J.N. Foussard - Maître de conférences, INSA Toulouse Mme M. Mietton-Peuchot - Professeur de la faculté d'œnologie de Bordeaux Mr M. Roustan - Président du Jury Mr G. Hébrard - Directeur de thèse - Professeurs, INSA Toulouse Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Unité de recherche : Le laboratoire LISBP (UMR CNRS 5504 UMR INRA 792 INSA Toulouse) Directeur(s) de Thèse : Mr G. Hébrard - Professeur, INSA Toulouse Rapporteurs : Mr Le Cloirec P. - Rapporteur - Professeur, ENS Chimie Rennes Mr B. Benadda - Rapporteur - Professeur, INSA Lyon Présentée et soutenue par TATIN Romuald Le 3 octobre 2008 Titre : Absorption Physique de Composés Organiques Volatils par Pulvérisation d'Emulsion d'Huile dans l'Eau (Etude thermodynamique et hydrodynamique - Application au calcul des efficacités d'abattement de COV sur effluents synthétiques et réels) Remerciements REMERCIEMENTS Je tiens d’abord à remercier les personnes qui ont initié ce travail et qui l’ont encadré tout au long de ces trois années : ¾ le Professeur Gilles HEBRARD, pour m’avoir offert l’occasion de réaliser un projet, pour m’avoir fait profiter de son expérience, pour m’avoir communiqué ses connaissances et pour sa disponibilité, son humanité et son soutien ; ¾ le Professeur Michel ROUSTAN, qui m’a fait profiter de son expérience et de ses connaissances sur le sujet, pour sa disponibilité, pour sa sagesse et pour avoir présidé ma soutenance de thèse ; ¾ le Maître de Conférences Jean-Noël FOUSSARD, pour ses conseils avisés et le partage d’un savoir inestimable et pour avoir examiné mon travail en tant que membre du Jury ; ¾ le coordonnateur industriel Sylvie BAIG, qui m’a donné la chance de travailler sur un sujet d’actualité et de réaliser une recherche appliquée. Je tiens également à remercier les personnes qui ont pris part à la construction de mon pilote sans lesquels ce travail n’aurait pu se concrétiser : Elodie PIAT et Sandrine VENOT de la société Degrémont, mais aussi Louis LOPEZ, Bernard REBOUL et Christophe ELLERO. Je souhaite remercier Jérôme MORCHAIN et Angélique DELAFOSSE qui m’ont permis de réaliser le modèle développé dans cette étude. Je remercie l’ancien directeur du Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP), le Professeur Alain LINE, et la directrice du département Génie des Procédés et Environnement, le Professeur Corinne CABASSUD, de m’avoir accueilli. Je remercie les membres du jury qui ont accepté de juger ce travail et qui m’ont fait part de leurs remarques constructives : le Professeur Pierre LE CLOIREC, le Professeur Benadda BELKACEM, le Professeur Marie-Hélène MANERO et le Professeur Martine MIETTON- PEUCHOT. Je remercie tous les professeurs et les maîtres de conférences du laboratoire et en particulier Mademoiselle Christelle GUIGUI qui a été d’un grand soutien durant ces trois années. Un grand merci à tout le personnel administratif et technique du laboratoire : Hélène LHOTELIER, Nathalie CLERGERIE, Eugénie BADORC, Gérard CANCEL… Je souhaite enfin remercier tous les doctorants du labo, actuels et anciens, avec qui j’ai partagé durant ces trois années. Remerciements Nomenclature 7 Nomenclature Nomenclature 8 Notations latines : A : Constante expérimentale de la loi de Van’t Hoff (-) g A : Surface projetée de l’inclusion (m²) * A : Taux d’absorption défini par A = L/mG (-) ° a : Surface d’échange interfaciale par unité de volume de réacteur (m².m-3) 0 a : Surface d’échange interfaciale moyenne par unité de volume de réacteur (m².m-3) ' ° a : Surface d’échange développée pour le volume de liquide correspondant (m2.L-1) B : Constante expérimentale de la loi d’Arrhenius (-) A C : Concentration du soluté A au sein du liquide (mol.m-3) i A C , : Concentration du soluté à l’interface gaz-liquide (mol.m-3) 0 , A C : Concentration du soluté A loin de l’interface (mol.m-3) 0 , B C : Concentration du soluté B loin de l’interface (mol.m-3) D C : Coefficient de traînée de la goutte (-) G C : Concentration molaire ou concentration massiques en phase gaz (mol.m-3 ou g.L-1) * G C : Concentrations de la phase gaz en équilibre thermodynamique avec une phase liquide (mol.m-3 ou g.L-1) e G C , : Concentration du polluant dans la phase gaz en entrée de colonne (ppm) s G C , : Concentration du polluant dans la phase gaz en sortie de colonne (ppm) i G C , : Concentration à l’interface côté gaz (mol.m-3) L C : Concentrations molaires ou massiques en phase liquide (mol.m-3 ou g.L-1) * L C : Concentrations de la phase liquide en équilibre thermodynamique avec une phase gazeuse (mol.m-3 ou g.L-1) i L C , : Concentration à l’interface côté liquide (mol.m-3) [ ]éq COV : Aire chromatographique mesurée à l’équilibre (U.A) [ ] éq av COV : Aire chromatographique mesurée avant l’introduction de l’absorbant (U.A) D : Diamètre de colonne (m) Nomenclature 9 G A D , : Coefficients de diffusion du soluté A en phase gaz (m2.s-1) L A D , : Coefficients de diffusion du soluté A en phase liquide (m2.s-1) L B D , : Coefficients de diffusion du soluté B en phase liquide (m2.s-1) L D : Densité du fluide liquide (-) g d : Diamètre de goutte (m) Pixel d : Diamètre de goutte (pixel) E : Facteur d’accélération (-) i E : Facteur d’accélération instantané (-) G E : Efficacité épuratoire calculée entre l’entrée et la sortie de la colonne sur la phase gaz (%) e : Epaisseur du fil de nylon (mm) Pixel e : Epaisseur du fil de nylon (pixel) V y P T f ) , , ( : La fugacité du COV en phase gazeuse (Pa) L x P T f ) , , ( : La fugacité du COV en phase liquide (Pa) acq f : Vitesse d’acquisition de la caméra (images/seconde) σ F : Force de frottement (N) F F : Force de flottabilité (N) D F : Force de traînée (N) G : Débit molaire du gaz (mol.s-1) e G : Débit molaire du gaz en entrée de colonne (mol.s-1) s G : Débit molaire du gaz en sortie de colonne (mol.s-1) v G : Débit volumique du gaz (m3.h-1) H : Constante de Henry du soluté dans le solvant (Pa) ' H : Constante de Henry du soluté dans le solvant (Pa.m3.mol-1) ' ' H : Rapport des concentrations massiques ou molaires du soluté dans la phase gaz sur le soluté dans la phase liquide (-) yx H : Constante de Henry (-) Ha : Nombre de Hatta (-) Nomenclature 10 HUT : Nombre d’unité de transfert (-) G HUT : Nombre d’unité de transfert côté film gazeux (-) OG HUT : Nombre d’unité de transfert côté fluide gazeux (-) j : Coefficient stœchiométrique (-) 0 G K : Coefficient de transfert global côté gazeux (kmol.m².s-1) G K : Coefficients global de transfert de matière (m.s-1). G k : Coefficient de transfert de matière côté film gazeux (m.s-1) 0 G k : Coefficient de transfert de matière côté film gazeux (kmol.m².s-1) L K : Coefficient global de transfert de matière côté liquide (m.s-1). L k : Coefficient de transfert de matière côté film liquide (m.s-1) 0 L k : Coefficient de transfert de matière côté film liquide (kmol.m².s-1) n m k : Constante cinétique de réaction (l.mol-1.s-1) 1 k : Constante cinétique de premier ordre (s-1) 2 k : Constante cinétique de second ordre (l.mol-1.s-1) L : Débit molaire du liquide (mol.s-1) e L : Débit molaire de liquide en entrée de colonne (mol.s-1) g L : Longueur de la goutte (m) s L : Débit molaire du liquide en sortie de colonne (mol.s-1) v L : Débit volumique du liquide (L.h-1) l : Largeur de la lame (m) g l : Largeur de la goutte (m) Pixel l : Distance parcourue par la goutte entre deux images (pixel) M : Masse molaire (g.mol-1) 0 M : Masse à vide du pycnomètre (g) 1 M : Masse du pycnomètre rempli d’eau (g) 2 M : Masse du pycnomètre remplis de 2/3 d’eau (g) 3 M : Masse du pycnomètre rempli d’1/3 d’huile et de 2/3 d’eau (g) Nomenclature 11 m : Constante de partage d‘un COV entre l’air et un absorbant liquide (-) g m : Masse de l’inclusion (kg) m : Ordre partiel de la réaction pour le constituant A (-) NUT : Le nombre d’unité de transfert (-) G NUT : Le nombre d’unité de transfert côté film gazeux (-) OG NUT : Le nombre d’unité de transfert uploads/Geographie/ 2008-tatin-these-absorption-cov.pdf