Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans cet article, sont abordées les différentes méthodes expérimentales d'acquisition des courbes de distribution des temps de séjour, la présentation de plusieurs modèles mathématiques de distribution des temps de séjour pour les réacteurs idéaux et pour les réacteurs réels. S'ensuivent les méthodes de traitement du signal permettant, par comparaison entre les courbes expérimentales et les courbes issues des modèles, d'identifier les paramètres de la distribution. Deux exemples sont ensuite développés, l'un sur le modèle des mélangeurs en cascade et l'autre sur le modèle à écoulement piston à dispersion axiale.
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This article deals with the various experimental methods for the acquisition of residence time distribution curves, and presents several mathematical models of residence time distribution for ideal and real reactors. Signal processing methods are provided which allow, via a comparison between experimental curves and curves derived from models, for identification distribution parameters. Two examples are also presented, one based on the model of stirred tanks in series, and the other on the plug flow with axial dispersion model.
Auteur(s)
-
Jean-Léon HOUZELOT : Professeur émérite - Université de Lorraine - École nationale supérieure des industries chimiques Nancy
INTRODUCTION
La notion de distribution des temps de séjour (DTS) est utilisée en génie des procédés pour caractériser l'hydrodynamique d'un réacteur chimique ou de toute autre installation qui sont traversés par un fluide en circulation. Elle permet ainsi :
-
soit de diagnostiquer la présence de zones stagnantes ou de phénomènes de court-circuit ;
-
soit de pouvoir établir un modèle d'écoulement hydrodynamique qui permet de calculer les performances chimiques d'un réacteur.
Sont présentés successivement le rappel des principales propriétés des distributions des temps de séjour, les méthodes expérimentales d'acquisition des courbes de DTS, puis les méthodes d'élaboration des modèles de DTS pour les réacteurs idéaux et pour les réacteurs réels.
Les paramètres d'une DTS sont identifiés par comparaison entre expérience et modèle. Les méthodes de traitement du signal sont nombreuses, allant de la plus simple, c'est-à-dire la méthode des moments, en passant par les transformées de Laplace, puis par les transformées de Fourrier pour enfin aller vers la plus complexe, c'est-à-dire par la méthode de régression non linéaire directement sur les courbes. L'accent est mis non seulement sur les modalités de mise en œuvre, mais aussi sur la précision que l'on peut en attendre.
Deux exemples sont présentés :
-
le premier sur un modèle à compartiments, le modèle des mélangeurs en cascade ;
-
l'autre sur un modèle à paramètres distribués, le modèle à écoulement piston à dispersion axiale.
Deux programmes rédigés sous le logiciel Matlab® permettent au lecteur de mettre en œuvre facilement le mode de traitement le plus précis.
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MOTS-CLÉS
Dynamique des systèmes Age interne Espérance de vie Temps de séjour Modèles hydrodynamiques Génie des procédés Réacteurs chimiques Distribution des temps de séjour Traitement du signal
KEYWORDS
system dynamics | internal age | life expectancy | residence time | hydrodynamic models | process enginneering | chemical reactors | residence time distribution | signal processing
DOI (Digital Object Identifier)
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Définition et principales propriétés des distributions des temps de séjour
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9. Conclusion et recommandations
Cet article présente tout le savoir-faire qui a été développé par l'École de génie chimique et des procédés de Nancy en matière d'études sur les notions de distributions des temps de séjour. Cette méthodologie ne fait plus maintenant l'objet de développement, mais elle est appliquée dans beaucoup d'autres domaines variés comme les installations de traitement des eaux ou le génie biomédical.
L'évolution la plus importante recensée durant ces dernières décennies a été sur le traitement du signal qui s'est développé en fonction des progrès en matière de calcul informatique.
L'article présente deux exemples et ne peut être exhaustif. On peut facilement construire un modèle d'écoulement. Il n'existe pas de méthode rigoureuse pour la construction d'un modèle qui repose sur une analyse et l'idée que l'on peut se faire sur le régime d'écoulement.
Aussi, pour élaborer un modèle, il est recommandé de toujours commencer par tester des modèles simples, puis de les compliquer, s'ils ne donnent pas satisfaction. En effet, si on débute avec un modèle plus complexe, ce dernier comporte un nombre important de paramètres, ce qui augmente les degrés de liberté et par conséquent permet d'obtenir des ajustements de bonne qualité mais souvent au détriment du sens physique des valeurs obtenues pour les paramètres.
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Conclusion et recommandations
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VILLERMAUX (J.) - Génie de la réaction chimique. - Éditions Technique Lavoisier ISBN 2-85206-759-5 (1992).
-
(2) - DANCKWERTS (P.V.) - Continuous flow systems. Distribution of residence times. - Chem. Eng. Sci., 2, p. 1 (1953).
-
(3) - CHOLETTE (A.), CLOUTIER (L.) - Mixing efficiency determinations for continuous flow systems. - The Canadian Journal of Chemical Engineering, vol. 37, Issue 3, p. 105-112, juin 1959.
-
(4) - WEN (C.Y.), FAN (L.T.) - Models for Flow Systems and Chemical Reactors. - Marcel Dekker, New York (1975).
-
(5) - LEVENSPIEL (O.) - Chemical Reaction Engineering (3rd ed.). - John Wiley & Sons. ISBN 0-471-25424-X (1999).
-
(6) - VAN SWAAIJ (W.P.M.), CHARPENTIER (J.C.), VILLERMAUX (J.) - Residence time distribution in the liquid phase at trickle flow in packed columns. - ...
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ANNEXES
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