REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEGNEMENT SUPE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE SAAD DAHLA Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département Spécialité Etude des propriétés d’adsorption et énergé composite.Comparaison avec des adsorbants classiques Proposé et dirigé par Mr. OUZZANE Slim EPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE SAAD DAHLAB DE BLIDA Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département de Chimie Industrielle Mémoire de master Spécialité : Génie Chimique Etude des propriétés d’adsorption et énergétiques d’un adsorbant omparaison avec des adsorbants classiques Par ALLOUCHE SidAli Blida, Septembre 2012 EPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE tiques d’un adsorbant omparaison avec des adsorbants classiques ص ا ل ا   ھو رة ن درا ر   ص ا طو و ا  ث أزواج ص#$ زاز% / دص  'دف )ل ظھرة اد ص%*% % ظ ا رار ا+دا' , ا%ا . *رب % ل# ب و ذ ك ن0 ص ر1 % م% د ا3 ن ا درة% رط% ا4  0 ا د  ص ا ء . *  + 6 ل ا ط% ھذه ا دة  ت ن طرق ا ت ا راء%  . م#و, ھ6    ن0 )ر ا رواط ا% ل# : ن0*% م% ب د0  ل أن ھذا ا ر% ن ا% و م ا *ط6 ن أن زوج ا% ;ر%  < ا% رط ا% ا4  و ا0 ا / ,=ل+ول  زال ا$ ا ن   ا درة ج ا رودة%اد   و ا . ج % اد ص و ا3 '% ت در0 م ا# ھ3 رط ا% ا4 إ=, ا ا رودة . ول ء , م *ط$ 0 م ا#رط ھ% ا4 ب0ا  ت ادا زوج ص/دص ص ر RESUME Le présent travail consiste en une étude comparative des propriétés énergétiques et d'adsorption de trois couples adsorbant/adsorbat en vue d'une utilisation dans les systèmes thermiques à adsorption. Un adsorbant composite a été synthétisé par l’imprégnation d’un sel hygroscopique dans la matrice du gel de silice pour améliorer sa capacité d’adsorption de l'eau. Ce matériau est caractérisé par spectroscopie infrarouge et l’analyse montre que cet adsorbant est formé par le changement des liaisons chimiques entre la matrice du gel de silice et le sel hygroscopique. Les résultats expérimentaux montrent que le couple charbon actif/méthanol reste toujours le meilleur en terme de capacité d’adsorption et de production de froid. L’ajout du sel a augmenté la capacité d’adsorption du gel de silice et a amélioré sa capacité à produire du froid. Mots clés: couple adsorbant/adsorbat, adsorbant composite, sel hygroscopique, gel de silice, eau, méthanol, charbon actif. ABSTRACT The present work consists of a comparative study of energy and adsorption properties of three adsorbent/adsorbate pair for use in thermal systems adsorption. A composite adsorbent was synthesized by impregnating a hygroscopic salt in the matrix silica gel to improve its adsorption capacity of the water. This material is characterized by infrared spectroscopy and the analysis shows that this adsorbent is formed by changing the chemical bonds between the matrix of silica gel and hygroscopic salt. The experimental results show that the activated carbon / methanol pair remains the best in terms of adsorption capacity and cold production. The addition of salt increased the adsorption capacity of silica gel and has improved its ability to produce cold. Keywords: adsorbent /adsorbate pair, adsorbent composite, hygroscopic salt, silica gel, water, methanol, carbon. REMERCIEMENT On dit souvent que le trajet est aussi important que la destination. Les cinq années de maîtrise m'ont permis de bien comprendre la signification de cette phrase toute simple. Ce parcours, en effet, ne s'est pas réalisé sans défis et sans soulever de nombreuses questions pour lesquelles les réponses nécessitent de longues heures de travail. Avant de faire de quelconque développements au sujet de cette expérience professionnelle, il apparait opportun de débuter ce mémoire par des remercîments aux personnes qui m’ont beaucoup aidé au cours de ce mémoire. Tout d’abord Je tiens à remercier ALLAH le tout puissant de m'avoir donné la foi et de m'avoir permis d'en arriver là. Mes remerciements vont également à mes très chers parents qui ont le droit de recevoir mes chaleureux remerciements pour le courage et le sacrifice qu’ils ont consentis pendant la durée de mes études en leurs souhaitant une longue vie plaine de joie et de santé. Surtout un grand merci à mon encadreur Mr Ouzzane Slim pour son encadrement, sa compréhension et sa gentillesse durant tout le long de mon mémoire. Je le remercie aussi, pour la finesse de ses attitudes sur le plan aussi bien humain que scientifique. Ses remarques successives ont permis d’améliorer les différentes versions de ce travail. Grâce à son approche respectueuse de la personne humaine, je me suis continuellement senti à l’aise. Je lui en sais infiniment gré. Je remercie les personnes qui ont accepté de prendre part au jury de ma thèse. Je tiens à remercier aussi les parents de mes amis Mr KHELIFA Nedjmeddine et Mr HAMZA Hamdan pour leurs générosités et leurs soutiens moraux. Je remercie aussi toute ma famille et tous ceux qui m'ont aidé et encourager de prés ou de loin à réaliser ce travail. Enfin je remercie tous les professeurs du département chimie industrielle de l'université de Saad Dahleb Blida. Dédicace Je dédie ce mémoire à toute ma famille, mon père MOHAMED SALAH, ma mère NASSIMA, mon frères ILYES et mes deux sœurs. Je le dédie particulièrement à mes grands parents Mr et Mme OUCHIA ,ma grande-mére BELARBI Yamina , mon oncle Yahia et sa petite famille et puis ma tante paternel Hdjila. Je le dédie aussi à tous mes oncle Nordine,Morad et Farid et leurs petites familles ; et puis toutes mes tantes Houria Louiza Farida Assia Souhila et Amal, cousins et cousines,. Je ne saurai terminer sans citer mes amis Ismail, Amine, Islam, Walid, Hamza, Benyoucef, Amine ,Djamel, Karim et Faycel. Enfin je le dédie à tous mes amis que je n'ai pas cités et à tous ceux qui me connaissent, en particulier les jeunes de BAS et ceux de la ville de arbaa. Qu'ils trouvent à travers ce travail ma sincère reconnaissance. Tables de matière RESUME REMERCIEMENT TABLE DES MATIERES LISTES DES ILLUSTRATIONS, GRAPHIQUE ET TABLEAUX NOMENCLATURE INTRODUCTION GENERALE ........................................................................................... 1 CHAPITRE 1 : ADSORPTION ET APPLICATIONS ENERGITIQUES 1.1. Introduction ......................................................................................................................... 3 1.2. L’adsorption ........................................................................................................................ 3 1.2.1. L’adsorption physique: ........................................................................................... 4 1.2.2. L’adsorption chimique ............................................................................................ 5 1.3. Isotherme d’adsorption ........................................................................................................ 5 1.3.1. Classification des isothermes .................................................................................. 7 1.3.2. Classification des boucles d’hystérésis ................................................................... 8 1.4. Modèles d’adsorption ........................................................................................................ 10 1.4.1. Modèle de Langmuir ............................................................................................. 10 1.4.2. Modèle de Freundlich ........................................................................................... 12 1.4.3. Modèle de B.E.T. .................................................................................................. 12 1.4.4. Modèle de Gibbs ................................................................................................... 14 1.4.5. Modèle de Polanyi ................................................................................................ 16 1.4.6. Modèle de Dubinin ............................................................................................... 18 1.5. Chaleur isostérique ............................................................................................................ 19 1.6. Applications énergétiques de l'adsorption ......................................................................... 20 1.6.1. Système de production du froid par adsorption ................................................... 20 1.6.4. Avantages et inconvénients des machines à adsorption ....................................... 23 1.6.2. Pompes à chaleur .................................................................................................. 24 CHAPITRE 2 : CHOIX DU COUPLE ADSORBANT-ADSORBAT 2.1. Les adsorbants ................................................................................................................... 27 2.1.1. Les charbons actifs ................................................................................................ 27 2.1.2. Les gels de silice ................................................................................................... 28 2.1.3. Les zéolites ........................................................................................................... 28 2.1.4. Les adsorbants chimiques ..................................................................................... 29 2.1.5. Les adsorbants composites.................................................................................... 30 2.2. Les réfrigérants (adsorbats) ............................................................................................... 32 2.3. Choix du couple adsorbant/adsorbat ................................................................................. 33 2.3.1. Charbon actif/méthanol ou charbon actif/ammoniac ............................................ 34 2.3.2. Gel de silice/eau: ................................................................................................... 35 2.3.3. Zéolites/eau ........................................................................................................... 36 2.4. Caractérisation ................................................................................................................... 37 2.4.1. Caractérisation générale des adsorbants ............................................................... 37 CHAPITRE 3 : MATERIELS ET METHODES DE MESURE 3.1. Description du dispositif expérimental ............................................................................. 44 3.2. Produits utilisés ................................................................................................................. 44 3.3. Mode opératoire ................................................................................................................ 46 3.3.1. Préparation de l’adsorbant composite ................................................................... 46 3.3.2. Etude de la capacité d’adsorption ......................................................................... 46 3.3.3. Etude de la cinétique d’adsorption ........................................................................ 47 3.3.4. Production du froid ............................................................................................... 47 CHAPITRE 4 : RESULTATS ET INTERPRETATIONS 4.1. Introduction ....................................................................................................................... 49 4.2. Etude des capacités d'adsorption des différents couples adsorbants/adsorbats ................. 49 4.3. Détermination des paramètres du model d’adsorption ...................................................... 51 4.3.1. Couple charbon actif/méthanol ............................................................................. 52 4.3.2. Couple gel de silice/eau ........................................................................................ 53 4.3.3. Couple gel de silice-CaCl2/eau ............................................................................. 54 4.4. Cinétique de transfert de chaleur et de masse ................................................................... 55 4.5. Détermination de la chaleur isostérique d’adsorption ....................................................... 60 4.6. Production de froid ............................................................................................................ 64 4.7. Caractérisation des adsorbants par infrarouge .................................................................. 69 CONCLUSION GENERALE .................................................................................................. 72 REFERENCES ......................................................................................................................... 74 ANNEXES ............................................................................................................................... 80 Liste des figures et des tableaux LISTE DES ILLUSTRATIONS GRAPHIQUES ET TABLEAUX Figure 1.1 Description schématique de l’adsorption d’un gaz à la surface d’un solide 4 Figure 1.2 Isothermes de physisorption de gaz les plus rencontrés selon la classification de IUPAC 7 Figure 1.3 Classification des boucles d’hystérèse selon l’IUPAC 9 Figure 1.4 Les isothermes de Langmuir tracées pour deux températures 11 Figure 1.5 Modélisation d’adsorption par B.E.T. 13 Figure 1.6 Un schéma approximatif montrant les surfaces équipotentielles d’une surface poreuse de charbon. 16 Figure 1.7 Schéma d’une machine frigorifique à adsorption. uploads/Geographie/ memoire-genie-chimique.pdf

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Administrationd’adsorption couple température charbon chaleur
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