Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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The processes based upon the particle fluidization technique have met with considerable success due to two major applications: catalytic reactions and coal combustion. In both cases, the low pressure loss of fluidized beds and the possibility to replace the solid phase permanently were the two decisive factors for this choice. This article firstly differentiates between the circulating fluidized beds regime and the entrained fluidized beds regime. The term circulating fluidized bed (CFB) is used for all regimes allowing for the transportation and recirculation of the solid phase. The various components of a CFB are described and parameters such as the recirculation rate, the particle density and the various flow models.
Auteur(s)
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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 (Ut ). 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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Présentation
Avantages des LFC sur les lits fluidisés bouillonnants
En anglais
1. Définition des régimes
Bien que le passage du régime de bullage au régime des lits transportés dépende essentiellement de la vitesse de fluidisation (figure 1), ce passage n'est que progressif. En effet, en pratique, il n'existe pas une vitesse de fluidisation précise (telle que la vitesse terminale de chute libre des particules) à partir de laquelle le régime changerait brutalement. Au fur et à mesure que la vitesse de fluidisation augmente, la taille et le nombre des bulles croissent progressivement et l'agitation de la suspension devient de plus en plus importante. À des vitesses relativement importantes (avant que l'on atteigne Ut), la forme des bulles devient irrégulière et le système se trouve dans un régime intermédiaire appelé fluidisation turbulente.
Le véritable régime des lits transportés se trouve nettement au-delà de la vitesse terminale de chute libre des particules pour la majeure partie des procédés utilisant ce régime. Par ailleurs, il faut noter que toutes les particules ne sont pas d'une même taille. Cela veut dire qu'il n'existe pas une seule vitesse terminale de chute libre pour un système donné. Ainsi, si la distribution granulométrique des particules est très large, il arrive que la vitesse de fluidisation reste insuffisante pour l'envol de certaines grosses particules. Dans ce cas, il est souvent nécessaire de procéder à un soutirage régulier du fond du lit pour évacuer les particules rebelles.
Une meilleure présentation des régimes de fluidisation a été initialement proposée par Reh et, par la suite, modifiée par Grace et al. . Dans cette approche, les régimes de fluidisation sont classés selon deux paramètres adimensionnés dp* et U*. Le premier représente la taille moyenne adimensionnée des particules et le second la vitesse opératoire adimensionnée. La figure 2 montre le diagramme modifié de Reh et les deux zones (plutôt en haut et à gauche du diagramme) associées aux régimes de transport. La distinction des régimes « lits transportés » et « lits circulants » vient plutôt des applications industrielles utilisant le régime du transport. En effet, les procédés avec un fort rapport débit solide/ débit gaz (en général, avec un système de recirculation direct tel qu'un cyclone chargé) sont évoqués sous le label « lits circulants ». Par...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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.
-
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...
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