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RÉSUMÉ
L'épuration des gaz et des fumées, qu’il s’agisse d’un dépoussiérage ou d’un dévésiculage, est un problème qui revient dans grand nombre de procédés industriels (génération d’énergie, secteur pétrolier, cimenteries…). L’équipement pour la séparation de vésicules liquides ou de particules solides doit répondre aux exigences en termes de performances, de coûts opératoires, d'investissement et doit être compatible avec les contraintes du procédé. Ce choix est complexe, déjà parce qu’il implique la connaissance de la nature de la suspension et des caractéristiques des séparateurs, mais aussi parce qu’il doit respecter les réglementations de plus en plus imposantes en matière de dépollution.
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Bernard SIRET : Ingénieur de l’École supérieure de physique et de chimie industrielles (ESPCI) - Directeur Recherche et Développement LAB SA
INTRODUCTION
Dans différents secteurs industriels se pose le problème de l'épuration des gaz et des fumées.
Que ce soit dans le secteur de la génération d'énergie ou chaque fois que l'on brûle un combustible fossile (charbon, fuel ou émulsions), dans le secteur pétrolier (par exemple, les unités de cracking catalytique FCC), dans le secteur industriel (cimenteries, fusion d'aluminium…), on est confronté à un problème de dépoussiérage ou de dévésiculage soit direct car les fumées contiennent déjà les vésicules à éliminer, soit secondaire parce qu’une opération d'épuration d'un polluant gazeux comme le SO2 a généré un aérosol ou un entraînement vésiculaire qu'il faut traiter. La sélection d'un équipement ou d'un procédé de dépoussiérage/dévésiculage délivrant les performances requises pour respecter des réglementations de plus en plus sévères devient un exercice délicat dans lequel les chances de se tromper ne sont pas négligeables. L'étude et le choix rationnel d'un système de dépollution des gaz supposent une connaissance du problème à traiter, c’est-à-dire de la nature de la suspension et des caractéristiques des différents séparateurs considérés. L'article qui suit a pour ambition de fournir à l'homme de l'art des informations concises et utiles qui l'aideront à faire son choix. Dans tous les cas, une étude plus fine que ce qui est possible avec les seules informations données ici est nécessaire avant toute sélection définitive.
On définit sous le nom de dépoussiérage toute action ou procédé dans lequel une fumée ou un gaz est débarrassé par une séparation gaz/solide d'une fraction substantielle des solides qu'il véhicule. Les appareils ou équipements effectuant cette tâche sont nommés dépoussiéreurs ou séparateurs de poussières. Sont exclus de cette définition les filtres à très haute efficacité pour salles blanches, en milieu médical ou nucléaire par exemple.
On définit sous le nom de dévésiculage toute action ou procédé dans lequel un flux gazeux est débarrassé par une séparation gaz/liquide d'une fraction substantielle des gouttelettes qu'il véhicule. Les appareils ou équipements effectuant cette tâche sont nommés dévésiculeurs.
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Principaux facteurs caractérisant un problème de dévésiculage
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1. Principaux facteurs caractérisant un problème de dépoussiérage
Le processus de sélection d'un procédé ou d'un équipement commence par la caractérisation des fumées ou gaz à traiter. La qualité des particules en suspension doit d'abord être déterminée. S'agit-il de vésicules de liquide ou de particules solides ? Quelle quantité est-elle présente ? Il est clair qu'une technologie visant à traiter 10 mg/Nm3 ne sera pas la même qu'une technologie pour 100 g/Nm3. Quel est le fluide vecteur ? Quelle est la granulométrie ? Puis viennent les considérations relatives au procédé. Le débit de gaz est-il sujet à des fluctuations de régime ou à des pulsations ? Est-on en milieu corrosif ou inflammable ? À quelle pression travaille-t-on ? Enfin viennent les questions économiques. Quel est le coût d'investissement et de fonctionnement ? Le tableau 1 récapitule les principales questions à se poser.
Certains de ces facteurs ont sans doute une importance particulière, en particulier :
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la température, car elle influe à la fois sur la masse volumique, la viscosité, le choix des matériaux ; elle joue sur le caractère des poussières, les faisant collantes ou non, sèches ou humides et plus ou moins conductrices ;
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la taille des particules ;
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le débit à traiter car il faut faire attention aux débits variables. Certains appareils, comme les venturis, sont en général équipés de dispositifs particuliers permettant d'en ajuster le fonctionnement de façon à garder une efficacité constante. Nous verrons que certains équipements, dont les électrofiltres, sont sensibles au débit ;
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la concentration. Si la teneur en sortie après traitement est imposée par des réglementations ou des normes et varie entre quelque 300 mg/Nm3 et 10 mg/Nm3, la teneur en entrée peut fluctuer entre 500 g/Nm3 et 100 mg/Nm3. Certains appareils comme les cyclones sont assez insensibles à ce paramètre, mais il en va tout autrement pour les filtres.
on rappelle qu’un normomètre cube (Nm3) correspond à un mètre cube pris dans les conditions normales de température et de pression (101 325 Pa et 298,15 K).
Pour bien comprendre les différents mécanismes mis en jeu dans le dépoussiérage, il est utile de passer en revue les différentes forces...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Perry’s Chemical Engineering Handbook, - 6e édition.
-
(2) - BUONICORE, DAVIS - Air Pollution Engineering Manual. - Air and Waste Management Association, ISBN 0-442-00843-0.
-
(3) - ALLEN (T.) - Particle size measurement. - Chapman & Hall, Londres (1974) (1981).
-
(4) - LEVI, BELYAEV - Techniques for the collection of representative aerosol samples. - Journal of Aerosol Sciences 5, p. 325-338.
-
(5) - EUROVENT 4/3 - « Détermination de la teneur en poussières dans un écoulement gazeux canalisé ; méthode manuelle avec critère de performances ». - 2e édition (mai 1993).
-
(6) - Perry’s Chemical Engineering Handbook. - 7e édition (chapitre 17).
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...
NORMES
-
Émissions de sources fixes. Détermination de la faible concentration en masse de poussières. Partie 1 : méthode gravimétrique manuelle Indice de classement : X43-333-1. - NF EN 13284-1 - 05-2002
-
12-2004 Émissions de sources fixes. Détermination des faibles concentrations en masse de poussières - Partie 2 : systèmes automatiques de mesure. Indice de classement : X43-333-2. - EN 13284-2 -
http://www.p2pays.org/ref/01/00745.htm
HAUT DE PAGEAPAVE Association de propriétaires d’appareils à vapeur et électriques.CETIAT Centre technique des industries aérauliques et thermiques (Villeurbanne) -
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