CAGC Colonne d'Absorption de Gaz, Contrôlée par Ordinateur (PC)

La Colonne d’Absorption de Gaz, Contrôlée par Ordinateur (PC), "CAGC", a été conçue par EDIBON pour reproduire expérimentalement les procédés d’absorption des gaz dans une colonne à garnissage, par contact à contre-courant entre un mélange gazeux d’air et de CO₂ ou d’ammoniac et un courant d’eau descendant. L’Unité permet d’étudier le comportement hydrodynamique des deux phases, de déterminer les conditions d’entraînement et d’engorgement, d’évaluer le transfert de matière et de vérifier les bilans de matière. Elle permet également d’analyser l’influence des conditions opératoires sur l’efficacité de l’absorption, grâce au réglage des débits et à la mesure des principales variables du procédé.

Le procédé se déroule dans une colonne cylindrique en verre remplie d’anneaux de Raschig, qui fournissent la surface de contact entre les phases gazeuse et liquide. Sa construction transparente permet d’observer le comportement des fluides à travers le lit de garnissage. La colonne comporte des raccordements pour l’entrée et la sortie des deux phases, des prises d’échantillonnage et deux capteurs de pression différentielle permettant d’analyser les pertes de charge dans différentes sections et de caractériser son comportement hydrodynamique en fonction des débits de fonctionnement.

Le circuit de liquide commence dans un réservoir de stockage d’eau, à partir duquel une pompe centrifuge contrôlée par ordinateur refoule le liquide vers la partie supérieure de la colonne. Un distributeur en verre de type douche répartit l’eau sur le garnissage, favorisant son écoulement descendant et son contact avec le courant gazeux ascendant. Le débit est mesuré au moyen d’un capteur de débit et d’un débitmètre et peut être régulé par une régulation PID contrôlée par ordinateur. Un capteur de température mesure la température de l’eau à l’entrée de la colonne. Après avoir traversé le lit de garnissage, le liquide retourne au réservoir de stockage par une conduite équipée d’une vanne de réglage et d’une prise d’échantillonnage. Le réservoir permet également d’étudier la désorption du CO₂ par aération de l’eau préalablement chargée lors de l’absorption.

Le circuit de gaz combine un courant d’air fourni par un compresseur contrôlé par ordinateur avec un courant de CO₂ ou d’ammoniac provenant d’une bouteille de gaz externe, non comprise dans la fourniture. Les deux courants disposent de dispositifs de réglage du débit et d’une instrumentation de mesure constituée de capteurs de pression différentielle et de débitmètres. Après leur mélange, le gaz est introduit par une entrée latérale située à la base de la colonne, sous le lit de garnissage, favorisant une répartition homogène avant son écoulement ascendant. Un capteur de température mesure la température du mélange gazeux à l’entrée. Le réglage indépendant des débits d’air, de gaz et d’eau permet d’analyser leur influence sur le contact entre les phases, les pertes de charge et l’efficacité de l’absorption.

Pour l’analyse du CO₂ dans les courants gazeux, l’Unité dispose de deux méthodes de mesure complémentaires. La détermination analytique est réalisée par prélèvement d’échantillons gazeux et leur mise en contact avec une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium (KOH), qui absorbe le CO₂ présent dans les échantillons. Cette procédure utilise une seringue en verre pour prélever un volume défini, deux récipients en verre interconnectés et placés à différentes hauteurs, des vannes à trois voies pour orienter les courants gazeux et une pompe à vide contrôlée par ordinateur. En alternative, un capteur de concentration de CO₂ permet d’effectuer des mesures directes dans les courants gazeux. Les prises d’échantillonnage situées dans les parties supérieure et centrale de la colonne permettent d’analyser l’évolution de la concentration en CO₂ au cours du procédé d’absorption. L’instrumentation d’analyse de concentration décrite est spécifiquement destinée au CO₂.

La combinaison des mesures de débit, de température, de pression différentielle et de concentration permet de réaliser des études de transfert de matière gaz-liquide, de déterminer les coefficients de transfert de matière, de vérifier les bilans de matière et d’évaluer les variables influençant l’efficacité du procédé. Elle permet également d’analyser les caractéristiques hydrodynamiques du garnissage, d’identifier les conditions d’entraînement et d’engorgement, d’étudier l’hystérésis du capteur de débit d’eau et de réaliser des exercices d’étalonnage des capteurs.

L’Unité intègre des fonctions de contrôle ouvert, de multicontrôle et de contrôle en temps réel, avec acquisition et visualisation des variables mesurées depuis un ordinateur. Elle permet de commander la pompe à eau, le compresseur d’air et la pompe à vide, ainsi que de modifier les paramètres proportionnel, intégral et dérivé du régulateur PID et d’étudier sa réponse. De plus, le procédé peut être contrôlé directement depuis l’interface de contrôle, sans utiliser d’ordinateur.

De plus, afin d’élargir les possibilités expérimentales, différents éléments supplémentaires recommandés peuvent être incorporés :

• Mesureur Manuel de Concentration de CO₂ dans les Courants Gazeux, « CAG/M » : permet de mesurer la concentration de CO₂ dans les courants gazeux.
• Unité de Recirculation d’Eau de Refroidissement, "TERA" : permet d’étudier l’influence de la température sur l’efficacité de l’absorption.

Cette Unité Contrôlée par Ordinateur est fournie avec le Système de Contrôle par Ordinateur EDIBON (SCADA), et comprend : l’Unité elle-même + un Boîtier d’Interface de Contrôle + une Carte d’Acquisition de Données + des Progiciels de Contrôle par Ordinateur, d’Acquisition de Données et de Gestion de Données, pour contrôler le processus et tous les paramètres impliqués dans le processus.