Hydrodynamics and mass transfer characteristics in gas-liquid microchannel contactors (2008)

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