Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article décrit les bases de la fluidisation gaz-solide et met l’accent sur l’hydrodynamique des lits fluidisés en régime bouillonnant. Après un rappel sur les propriétés physiques des solides divisés, les principaux concepts de la fluidisation sont présentés : classification des poudres de Geldart ; vitesse minimale de fluidisation ; phénomène de bullage (taille et vitesse des bulles), mouvements d’ensemble et expansion des lits fluidisés ; entraînement et élutriation des particules.
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This article describes the basics of gas-solid fluidization and focuses on the hydrodynamics of bubbling fluidized beds. After a reminder of the main powder physical properties, the key concepts of fluidization are presented: Geldart’s powder classification; minimum fluidization velocity; bubbling phenomena (bubble size and velocity), overall flow patterns and expansion of fluidized beds; entrainment and elutriation.
Auteur(s)
-
Mikel LETURIA : Docteur de l'Université de Technologie de Compiègne - Ingénieur R et D chez AREVA – Centre de recherche de CEZUS
-
Khashayar SALEH : Professeur des Universités - Université de Technologie de Compiègne – Département génie des procédés industriels – Labo. TIMR EA4297
INTRODUCTION
La fluidisation est un procédé de mise en contact d'une phase granulaire et d'une phase fluide qui permet de maintenir les particules en suspension. Le terme « fluidisation » vient du fait que la suspension gaz-solide est amenée à un état semblable à celui d'un liquide. La gazéification du charbon représente la première application à échelle industrielle de la fluidisation gaz-solide et remonte aux années 1920. Cette technique a connu un développement rapide et important à partir des années 1940, avec le lancement des réacteurs de craquage catalytique du pétrole (procédé FCC). Le procédé FCC est basé sur l'utilisation d'un lit fluidisé de catalyseur qui circule entre un réacteur et un régénérateur. Aujourd'hui encore, il constitue une opération essentielle dans le raffinage du pétrole.
L'avantage majeur de la fluidisation réside dans la qualité de la mise en contact intime entre la phase fluide et les particules solides. L'intensité des transferts de matière et de chaleur (aussi bien entre phases, qu'entre le lit et les surfaces immergées) se traduit par des températures et des concentrations uniformes au sein du lit fluidisé. Ces propriétés avantageuses expliquent que le phénomène de fluidisation soit actuellement exploité dans des applications industrielles nombreuses et variées (chimie, pétrochimie, métallurgie, céramiques, agroalimentaire, pharmaceutiques, etc.).
Le comportement d'un lit fluidisé dépend fortement des propriétés de la phase fluide et des particules solides qui doivent donc être parfaitement connues. Par ailleurs, la fluidisation gaz-solide est souvent caractérisée par la présence de bulles et on parle alors de régime bouillonnant. Celles-ci sont responsables de l'agitation des particules et jouent un rôle important dans les mécanismes de transfert de matière et de chaleur. La compréhension du comportement des bulles et la connaissance de leurs caractéristiques sont donc essentielles pour le dimensionnement des lits fluidisés. Enfin, de nombreuses difficultés opératoires sont associées à la mise en œuvre des lits fluidisés : entraînement des particules fines (phénomène d'élutriation), attrition des particules, érosion des surfaces immergées, nécessité de nombreux dispositifs auxiliaires (distributeurs, filtres, cyclones, jambes de retour, etc.). Tous ces facteurs font que la conception, l'extrapolation et le dimensionnement d'unités font encore largement appel à l'expérience et ne sont pas sans risques.
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MOTS-CLÉS
Classification des poudres de Geldart Vitesse minimale de fluidisation Régime bouillonnant Elutriation Attrition Réacteurs chimiques Génie des procédés
KEYWORDS
Geldart's powder classification | minimum fluidization velocity | bubbling fluidization | elutriation | attrition | chemical reactors | chemical engineering
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1992 par Khalil SHAKOURZADEH
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion5. Entraînement et élutriation des particules
5.1 Phénomène d'élutriation
Lorsque les bulles arrivent à la surface du lit, elles éclatent et projettent des particules solides vers le haut. Une partie de ces particules projetées retombe dans le lit, en particulier les grosses particules ou les particules agglomérées. D'autres sont susceptibles de quitter la colonne et doivent être récupérées par des dispositifs annexes tels que les cyclones et les filtres. Ce processus d'entraînement des particules est communément appelé élutriation.
L'élutriation des particules est l'un des problèmes les plus importants dans la mise en œuvre des lits fluidisés. C'est également l'un des phénomènes les plus complexes du domaine de la fluidisation. De nombreuses corrélations sont proposées dans la littérature pour le calcul du flux d'entraînement et de la granulométrie des particules entraînées. Néanmoins, ces corrélations sont généralement imprécises et uniquement adaptées à des conditions particulières (granulométrie du solide divisé, régime de fluidisation, etc.).
HAUT DE PAGE5.2 Vitesse terminale de chute libre d'une particule
On considère généralement que les particules peuvent être entraînées par le gaz et ainsi quitter le lit fluidisé si la vitesse superficielle du gaz est supérieure à la vitesse terminale de chute libre Ut de ces particules.
Pour définir la vitesse terminale de chute libre, il faut considérer une particule sphérique de diamètre dp placée dans un courant gazeux ascendant circulant à une vitesse U. Cette particule est entraînée par le courant gazeux ascendant si la force de traînée exercée par le gaz est supérieure à son poids apparent :
( 62 )
avec :
- CD :
- coefficient de traînée.
La vitesse terminale de chute libre Ut...
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Entraînement et élutriation des particules
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KUNII (D.), LEVENSPIEL (O.) - Fluidization engineering. - 2nd ed., Butterworth-Heinemann (1991).
-
(2) - WADELL (H.) - Volume, shape, and roundness of rock particles. - The Journal of Geology, 40, p. 443-451 (1932).
-
(3) - GELDART (D.) - Gas fluidization technology. - Wiley, Chichester, New York (1986).
-
(4) - GELDART (D.) - Types of gas fluidization. - Powder Technology, 7, p. 285-292 (1973).
-
(5) - ERGUN (S.), ORNING (A.A.) - Fluid flow through randomly packed columns and fluidized beds. - J. Ind. Eng. Chem., 41, p. 1179-1184 (1949).
-
(6) - WEN (C.Y.), YU (Y.H.) - A generalized method for predicting the minimum fluidization velocity. - AIChE Journal, 12, p. 610-612 (1966).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Éléments de mécanique des fluides : application aux milieux poreux.
-
Caractérisation et analyse des poudres – Propriétés physiques des solides divisés.
-
Caractérisation et analyse des poudres – Propriétés comportementales des solides divisés.
-
Fluidisation gaz-solide. Ingénierie et étude expérimentale.
ANNEXES
Ergun Fluidization Software http://www.utc.fr/ergun/
HAUT DE PAGE
Module UNIT (cours à distance à accès libre) : « Sciences et technologies des poudres » http://www.nte.enstimac.fr/STP/co/STP_web.html
Modèle fluidisation http://www.nte.enstimac.fr/STP/co/OU8.html
HAUT DE PAGE
11th International Conference on Fluidized Bed Technology, 14-17 mai 2014, Beijing, China.
7th World Congress on Particle Technology, 19-22 mai 2014, Beijing, China.
Science et Technologie des Poudres (STP) Colloque ayant lieu tous les 3 ans, prochaine occurrence : 2015 – Nancy.
10th European congress of Chemical Engineering + 3rd European...
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