Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Séparateurs électriques. Électrofiltres
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4. Séparateurs inertiels et par sédimentation
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Séparateurs inertiels
Ces séparateurs sont constitués par des chicanes. Les plus grosses particules, de par leur inertie, vont venir frapper la chicane et s'y déposer. Le diamètre pour lequel ces séparateurs sont efficaces est de 20 à 30 µm, pour les formes simples à chicanes verticales. Le coût de ces équipements est faible, mais l'efficacité est par trop limitée au regard du volume important occupé par ces unités.
Des améliorations ont été proposées, dans les années 1970 et 1980, visant à faire effectuer au gaz plusieurs changements de direction. Les efficacités ont augmenté ainsi que les pertes de charge qui peuvent atteindre 1 000 Pa, pour des pouvoirs de coupure de l'ordre de 4 µm. La principale limitation fondamentale vient du réentraî-nement de particules qui ont déjà touché une paroi.
Ces séparateurs sont peu utilisés pour le dépoussiérage, étant d'un rapport performances/énergie défavorable par rapport à un cyclone, mais sont en revanche très employés comme dévésiculeurs.
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Chambres de sédimentation
Un dispositif simple et peu onéreux permet de séparer les particules à partir du moment où celles-ci ne sont pas trop petites. Il s'agit de la chambre de sédimentation.
Alors que, dans un cyclone, on va accélérer la pesanteur par un mouvement tourbillonnaire et bénéficier de la force centrifuge, une chambre de sédimentation est un réservoir vide, dans lequel la vitesse des fumées est suffisamment abaissée pour que la force de la gravité ait le temps de s'exercer avant que les particules soient entraînées avec le flux gazeux. Les solides sont captés au fond et doivent être évacués séparément. C'est la vitesse de chute qui va permettre de dimensionner une chambre de sédimentation et de définir son pouvoir de coupure. Pour les très grosses particules (supérieures à 1 mm environ), la loi de Newton déterminant la vitesse de chute s'applique. On a :
Toutefois, pour les particules petites, c'est la loi de Stokes qui va s'appliquer. Pour des particules inférieures à 80 µm environ, on a alors :
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Séparateurs inertiels et par sédimentation
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).
-
...
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
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12-2004Émissions 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
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APAVE Association de propriétaires d’appareils à vapeur et électriques.
CETIAT Centre technique des industries aérauliques et thermiques (Villeurbanne) - http://www.cetiat.fr
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