Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les procédés basés sur la technique de la fluidisation des particules ont connu un véritable succès grâce à deux applications majeures : les réactions catalytiques et la combustion du charbon. Dans les deux cas, la faible perte de charge des lits fluidisés et la possibilité de remplacement permanent de la phase solide ont été les deux facteurs décisifs de ce choix. Cet article distingue toit d’abord le régime lits circulants et le régime lits transportés. Le terme lit fluidisé circulant (LFC) est utilisé pour tous les régimes permettant le transport et la recirculation de la phase solide. Sont détaillées les différentes composantes d’un LFC, avec présentation des paramètres comme le taux de recirculation et le bilan de population, ainsi que les différents modèles d’écoulement.
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Khalil SHAKOURZADEH : Docteur d'État ès sciences physiques - Enseignant-chercheur au Département de génie des procédés industriels de l'université de technologie de Compiègne
INTRODUCTION
Les procédés utilisant la technique de la fluidisation rapide des particules ont connu un véritable succès grâce à deux applications majeures : les réactions catalytiques [procédé FCC (Fluid Catalytic Cracking)] en particulier et la combustion du charbon. Dans les deux cas, la faible perte de charge des lits fluidisés (comparée à celle des lits fixes) et la possibilité de remplacement permanent de la phase solide ont été les deux facteurs décisifs du choix de ce type de dispositif. Ces applications ont été aussi développées dans le régime de fluidisation « bouillonnante » dont un descriptif relativement détaillé est donné dans l'article .
Dans cet exposé, nous allons nous intéresser plus précisément à l'aspect de la fluidisation à forte vitesse où, contrairement à la fluidisation bouillonnante, la phase gazeuse devient continue et des paquets de particules forment la phase dispersée. Comme nous allons le voir dans le premier paragraphe, ce phénomène se produit quand on dépasse la vitesse terminale de chute libre des particules (U t ). Dans ces conditions, les particules entraînées quittent le lit fluidisé avec le courant gazeux. Pour maintenir la concentration du solide dans le lit fluidisé, les particules sont récupérées dans des dispositifs annexes et réintroduites à la base du lit. Ainsi, un nouveau régime de fluidisation s'établit.
On appelle ce régime le lit transporté et le système composé du lit et du dispositif de recirculation est appelé couramment le lit fluidisé circulant ou LFC.
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Travaux de recherche
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2. Avantages des LFC sur les lits fluidisés bouillonnants
Le fonctionnement en régime circulant est une suite logique de la tendance industrielle des dernières décennies. Cette tendance se résume dans l'idée de mettre en contact un maximum de gaz avec le solide. Ainsi, en introduisant de plus en plus de gaz dans les lits fluidisés bouillonnants de la première génération, il a fallu trouver le moyen de récupérer les particules envolées et de les remettre dans le lit fluidisé. Or, il se trouve que les techniques classiques de récupération des particules (les cyclones standards en majeure partie) sont vite dépassées par l'ampleur du phénomène d'entraînement à forte vitesse de gaz. Il en est de même pour les dispositifs de retour de solide, de simples jambes de retour plongeant dans la suspension (cf. article ) dont le fonctionnement est fortement perturbé à fortes vitesses de gaz. Ces limitations ont obligé les industriels à revoir la conception des systèmes classiques et les ont conduits vers les configurations actuelles des systèmes à recirculation.
Ainsi, le premier avantage des LFC sur les bouillonnants conventionnels est la possibilité d'emploi d'un débit de gaz beaucoup plus important. Le second avantage est la disparition des bulles et des limitations liées au phénomène de transfert bulle/ suspension. En effet, comme nous allons le voir dans les paragraphes suivants, la structure de l'écoulement gaz/ solide (du point de vue mécanistique) est telle que le contact des particules avec la phase gazeuse est presque parfait. Mis à part quelques problèmes mineurs de rétromélangeage dans certaines conditions opératoires, on peut pratiquement parler d'un écoulement piston dans la partie ascendante du lit (on appelle cette partie « l'élévateur » ou on la désigne par son équivalent en anglais « riser »). Il est à noter que la phase solide dans un lit fluidisé bouillonnant (LFB) est en général parfaitement mélangée. Les procédés en LFB nécessitant un temps de séjour plus ou moins précis des particules (i.e. le séchage) sont contraints à employer des lits de faible hauteur et de grande longueur pour obtenir un mouvement relativement régulier des particules. On peut aussi noter une perte de charge relativement faible et une conception de la...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Gas Fluidization Technology - Éd. D. Geldart, J. Wiley & Sons (1986).
-
(2) - SHAKOURZADEH (K.) - Techniques de fluidisation - Éditions T.I. Techniques de l'Ingénieur [J 3 390]. Base documentaire « Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique » (2002).
-
(3) - BERRUTI (F.), KALOGERAKIS (N.) - Modelling the internal flow structure of circulating fluidized beds - The Can. J. of Chem. Eng., 67, p. 1 010-1 014 (1989).
-
(4) - PUGSLEY (T.S.), BERRUTI (F.) - A predictive hydrodynamic model for circulating fluidized bed risers - Powder Technology 89, p. 57-69 (1996).
-
(5) - PATIENCE (G.S.), CHAOUKI (J.) - Gas phase hydrodynamics in the riser of a circulating fluidized bed - Chemical Engineering Science, vol. 48, issue 18, p. 3 195-3 205 (sept. 1993).
-
(6) - NIEUWLAND...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
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La réunion la plus importante est la conférence internationale CFB (International Conference on Circulating Fluidized Beds).
Cette conférence se tient tous les deux ans.
La neuvième édition a eu lieu du 13 au 16 mai 2008 à Hambourg ( http://www.cfb9.org).
Cette série de conférences a débuté en 1985 à Halifax (Canada). Elle traite aussi bien des aspects fondamentaux que des applications concernant les systèmes à lits fluidisés circulants.
Une des caractéristiques particulières de cette conférence est qu'elle réunit en nombre égal des industriels et des universitaires.
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En parallèle avec le 9e CFB se tient le 4e VGB Workshop « Operating Experience with Fluidized Bed Fering System ».
La première édition a eu lieu en 2002 à Cologne (Allemagne). Ces Workshops sont organisés par l'association VGB Powertech ( http://www.vgb.org).
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D'autres petits congrès s'organisent un peu partout dans le monde mais d'une manière ponctuelle. Ils n'ont pas de portée internationale.
(liste non exhaustive)
Les logiciels de calcul les plus utilisés sont :
ERGUN pour le design des lits fluidisés circulants ( http://www.utc.fr/ergun).
CFBCAD pour le design des chaudières à lits fluidisés circulants ( ...
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