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Auteur(s)
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Khalil SHAKOURZADEH : Docteur d’État ès Sciences Physiques - Enseignant‐Chercheur au Département de Génie Chimique de l’Université de Technologie de Compiègne
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Les lits fluidisés présentent un certain nombre de caractéristiques hydrodynamiques et de mise en contact entre phases qui les rendent potentiellement attractifs pour être le siège de réactions gaz‐solides ou de réactions catalytiques hétérogènes.
Parmi les avantages reconnus, on notera la possibilité d’opérer en système ouvert ou en système fermé, de pouvoir manipuler de gros débits de solides, de bénéficier d’un excellent mélange de solides et, de ce fait, d’avoir une bonne isothermie radiale et axiale et un bon contrôle de la température. Par ailleurs, les caractéristiques physiques des catalyseurs, dont la taille moyenne se situe entre 50 et 100 µm et qui ont une surface spécifique élevée, demeurent compatibles avec des conditions de fluidisation et de mise en contact acceptables. Si la première application industrielle de la fluidisation à une réaction chimique remonte à 1926 avec la gazéification du charbon, c’est depuis 1940, après le lancement des premiers réacteurs de craquage catalytique, que cette technique a pris son véritable essor. Les variantes techniques qui permettent de prendre en compte les caractères spécifiques d’une réaction et les contraintes de procédé sont nombreuses. Tous ces facteurs font que la conception, l’extrapolation ou même la transformation d’unités font encore largement appel à l’expérience et ne sont pas sans risques.
On trouve dans la littérature différents types de modèles applicables aux réacteurs à lits fluidisés, qui peuvent être utilisés pour le dimensionnement. Nous présenterons les principaux de ces modèles et discuterons de leur applicabilité selon les conditions opératoires.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de déc. 2014 par Mikel LETURIA, Khashayar SALEH
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Modèles réactionnels pour lits fluidisés
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1. Importance de l’hydrodynamique des lits fluidisés
Le comportement hydrodynamique des lits fluidisés est exposé de façon détaillée dans l’article Techniques de mises en contact entre phases solides et gazeuses [A 5 850], du traité Génie des procédés. Cependant, il est utile de rappeler ici quelques principes sur lesquels sont basés les modèles réactionnels ainsi que les méthodes qui peuvent être appliquées au cas des réacteurs ayant des dimensions importantes (plusieurs mètres).
1.1 Lois de comportement hydrodynamique dans les lits fluidisés
Le passage d’un gaz à travers une couche de particules solides conduit, suivant la vitesse superficielle du gaz, à des régimes différents de fluidisation (figure 1).
La littérature fournit un certain nombre de critères expérimentaux permettant de distinguer les régimes opératoires. Ainsi le lit bouillonnant est caractérisé par une variation linéaire de la pression en fonction de la hauteur dans le lit et par des fluctuations de pression irrégulières ayant une fréquence de quelques hertz.
Il est important d’identifier le régime opératoire principal dans lequel on se trouve pour pouvoir modéliser correctement un réacteur et prévoir ses performances chimiques. Nous traiterons ici seulement les lits bouillonnants qui sont les plus courants dans la pratique industrielle.
Dans les systèmes gaz‐solides, la fluidisation homogène est rarement observable et, dès que le gaz atteint la vitesse minimale de fluidisation (U mf ), des bulles se forment dans la zone au‐dessus de la grille de fluidisation. Celles‐ci grossissent et coalescent au cours de leur ascension vers la surface du lit, mais elles peuvent aussi se diviser de sorte que l’ensemble de ces mouvements induit au sein de la suspension solide une vigoureuse agitation en partie responsable des propriétés particulières des lits fluidisés.
Il est indispensable de connaître les propriétés de mise en contact entre la phase gazeuse (qui se trouve en majeure partie sous forme de bulles) et les particules solides (catalyseurs ou solides réactifs). Chaque bulle entraîne avec elle une certaine quantité de solides que nous appellerons le nuage (figure 2 a ). Le phénomène...
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BIBLIOGRAPHIE
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