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)
-
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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Applications industrielles des lits fluidisés circulants
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3. Travaux de recherche
Comme nous l'avons dit dans le paragraphe précédent, la technique de fluidisation en régime transporté et circulant est encore en plein développement. Il suffit de voir la liste de publications, de congrès et de « workshops » de ces dernières années (cf. ) pour se rendre compte de l'intérêt que suscite cette technique aussi bien auprès des industriels que du côté de la recherche universitaire. Pourtant, certains procédés tels que le craquage catalytique du pétrole (FCC) et la combustion du charbon (centrales thermiques en LFC) sont devenus des classiques. Toutefois, étant donné les enjeux importants de ces procédés dont nous discuterons plus loin, les LFC continuent à intéresser. De plus, certains d'autres procédés employant la technique de fluidisation dense (bouillonnante) inspirent à juste raison à une évolution vers les LFC. Cela rend encore plus attractives la recherche de la compréhension des phénomènes régissant la structure de l'écoulement des LFC et l'étude des problèmes liés aux dispositifs annexes tels que les cyclones chargés, les jambes de retour et les dispositifs de réintroduction du solide (vannes non mécaniques, siphons, etc.).
Étant donné le nombre important de publications dans ce domaine, nous allons juste nous intéresser aux travaux les plus récents et les plus significatifs de ces dernières années. Cet exposé bibliographique a pour objectif une analyse des thèmes qui ont suscité le plus d'intérêt auprès des chercheurs. Certains de ces travaux vont faire l'objet d'une discussion détaillée dans les paragraphes suivants, en fonction des sujets abordés.
On peut diviser les travaux de recherche en ce domaine en trois catégories majeures :
-
études du phénomène de l'écoulement dans les LFC en général et dans l'élévateur (le lit ascendant) en particulier ;
-
études de comportement, d'efficacité et de faisabilité des dispositifs annexes (plus particulièrement les cyclones chargés et les vannes non mécaniques permettant d'équilibrer la pression du système LFC ;
-
étude de l'aspect thermique et calcul du coefficient d'échange de chaleur entre la suspension gaz/ solide et les tubes échangeurs disposés sur la paroi de certains types d'installations (en particulier les LFC des centrales thermiques).
Il y a bien sûr un certain nombre d'autres sujets qui n'entrent pas...
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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)
-
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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