Absorption d'ammoniac par de l'eau à 2 atmosphère
On étudie l'absorption d'NH3 dans l'air par de l'eau à 20°C, sous 2 atmosphères. L'absorption réalisée est supposée isotherme et à contre-courant.
- Le titre massique en NH3 de l'eau d'alimentation est 0.3%.
- Le titre massique de la solution riche est 8%.
- L'air alimenté contient 5.7% d' NH3 en volume.
1°) Tracer, en rapport molaire, la courbe d'équilibre à 20°C et 2 atmosphères (on considère que c'est une droite sur la plage utilisée).
2°) Déterminer la teneur minimale en NH3 que l'on peut atteindre dans l'air en sortie. On exprimera cette teneur en rapport molaire et en % volume.
3°) Déterminer le nombre d'étages théoriques nécessaires pour que la teneur résiduelle en NH3 dans l'air en sortie soit de 0.5% en volume.
4°) Calculer les titres massiques en NH3 dans l'air en entrée et en sortie dans ce cas.
Données:
- 1atmosphère = 760 mmHg, MNH3=17 g.mol-1, Mair=29 g.mol-1, Meau=18 g.mol-1.
- A 20°C, une solution contenant 10g d'NH3 pour 100g d'eau émet une pression partielle d' NH3 de 69.6 mmHg à l'équilibre.
Réponse
Réponse
- 1°) Droite d'équilibre: Y*=0.453X* en rapports molaires
- 2°)Ys,minmol=0.0032×0.453=0.0014
- 3°) xemol=0.0032, Xemol=0.0032, xsmol=0.0843, Xsmol=0.0921, yemol=0.057, Yemol=0.0604, ysmol=0.005, Ysmol=0.0050, NET=6
- 4°) yemass=0.034, soit 3.4%, et ysmass=0.0029, soit 0.29%.
Correction
Correction
1°) Un point de la courbe d'équilibre à 20°C est donné par:
- liquide: 10 g d'NH3 pour 100g d'eau, soit Xmol=(10/17)/(100/18)=0.106
- gaz: pression d'NH3 de 69,6 mmHg pour 2 atm de pression totale, soit Ymol=PNH3/Pair=69.6/(2×760-69.6)=0.048
Si la courbe d'équilibre à 20°C et 2 atm tracée en rapports molaires est considérée comme une droite, qui passe bien sûr par 0, alors son équation est Ymol=(0.048/0.106)×Xmol, soit Y*=0.453×X* (X* et Y* rapports molaires des phases en équilibre).
2°) La teneur minimale que l'on peut atteindre en sortie est donné par la droite opératoire qui coupe la droite d'équilibre en X=Xemol=(0.003/17)/(0.997/18)=0.0032, c'est à dire Ys,minimol=0.453×0.0032=0.0014.
3°) Pour tracer la droite opératoire, il faut calculer les rapports molaires de toutes les phases:
- xemass=0.3%, d'ou Xemol=(0.003/17)/(0.997/18)=0.0032, et xemol=0.0032,
- xsmass=8%, d'ou Xsmol=(0.08/17)/(0.92/18)=0.0921, et xsmol=0.0843,
- yemol=0.057, d'ou Yemol=0.057/0.943=0.0604,
- ysmol=0.005, d'ou Ysmol=0.005/0.995=0.0050.
On trace la droite opératoire passant par les points (Xemol,Ysmol)=(0.0032,0.0050), représentant le haut de la colonne, et (Xsmol,Yemol)=(0.0921,0.0604), représentant le bas de la colonne.
La construction des étages entre la droite opératoire et la courbe d'équilibre donne un NET=6.
4°) Les titres massiques de la phase gaz entrante et sortante se calcule par conversion des titres molaires qui son donnés, soit:
- yemass=(0.057×17)/(0.057×17+0.943×29)=0.0342, soit 3.4%,
- ysmass=(0.003×17)/(0.003×17+0.997×29)=0.0029, soit 0.29%.
