Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Jean-Claude CHARPENTIER : Professeur et directeur de l’École supérieure de chimie, physique, électronique de Lyon - Directeur de recherche au CNRS - Ancien directeur scientifique du département Sciences pour l’Ingénieur du CNRS - Ancien directeur de l’École nationale supérieure des industries chimiques de Nancy
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Lire l’articleINTRODUCTION
Parmi les nombreux problèmes de génie des procédés que rencontrent l’ingénieur et le pharmacien travaillant dans les industries chimiques, pétrolières, pharmaceutiques, cosmétiques et agroalimentaires, l’écoulement d’un ou de plusieurs fluides à travers un milieu poreux fixe ou mobile tient une place prépondérante. Il suffit de citer les principaux procédés unitaires du génie des procédés (séchage, fluidisation, sédimentation, cristallisation, distillation, échange d’ions, extraction liquide-liquide…) pour voir le nombre pléthorique de canalisations, de colonnes, de cuves et de réacteurs au sein desquels le ou les procédés sont réalisés.
De même, pour les industries de la santé, la formulation nécessite la conception, le développement, la production et l’écoulement de matériaux poreux (ou non poreux) fonctionnant par leur composition, leur préparation et leur agencement pour délivrer une action et rendre un service (par exemple la galénique).
Après un bref rappel des principes fondamentaux de la mécanique des fluides appliqués aux cas d’écoulements de fluides parfaits ou visqueux newtoniens dans les conduites, ce texte fournit les notions de base indispensables sur l’hydrodynamique des écoulements dans les milieux poreux rencontrés dans les procédés de sédimentation et granulation, de réactions nécessitant un garnissage, de fluidisation et de filtration.
Notre but est de proposer la ou les relations qui existent :
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entre le débit de fluide et les propriétés caractéristiques du milieu poreux mobile et des fluides pour maintenir ce milieu poreux dans les conditions optimales de fonctionnement afin de réaliser le procédé et d’élaborer le produit voulu (sédimentation, fluidisation) ;
ou
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entre les pertes de charge nécessaires pour assurer un débit connu et optimum de fluide, compte tenu des propriétés caractéristiques du milieu poreux fixe (réacteurs, filtration).
Il est bien entendu que ce texte ne se veut nullement exhaustif et le lecteur se reportera utilement aux ouvrages hautement spécialisés présentés dans la bibliographie, pour une connaissance plus approfondie sur tel ou tel procédé.
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Mouvement de gouttes et de bulles
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2. Sédimentation
2.1 Mouvement d’une particule solide dans un fluide immobile
On considère une particule sphérique, de masse volumique ρ g , de diamètre d g , ayant une vitesse de sédimentation U, vitesse relative par rapport au fluide de masse volumique ρ f et de viscosité η dans lequel elle sédimente.
On définit un critère de Reynolds de grain :
Le grain est freiné dans son mouvement par le fluide et il apparaît une force de traînée F qui dépend du critère de Reynolds et de l’aire A du maître-couple :
avec Ne critère de Newton, appelée aussi CD , coefficient de traînée d’une particule.
Le mouvement du grain obéit à des lois différentes suivant les valeurs du critère de Reynolds conduisant à différents régimes de sédimentation. Les expressions du critère de Newton Ne et de la vitesse de sédimentation U pour les différents régimes sont regroupées dans le tableau 4.
Dans la quasi-totalité des cas, on connaît les masses volumiques du fluide et du grain, ainsi que la viscosité du fluide. Le problème posé est alors :
-
soit de calculer la vitesse de chute U d’un grain de diamètre dg donné ;
-
soit de déterminer le diamètre d’un grain, ayant mesuré sa vitesse de sédimentation.
On utilise alors les critères adimensionnels X, proportionnel à
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Sédimentation
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WILKINSON (W.L.) - Non-newtonians fluids. - 1960 Pergamon Press London.
-
(2) - COMOLET (R.) - Mécanique expérimentale des fluides. - Tomes I et II. 1961 Masson Paris.
-
(3) - SHERMANN (P.) - Rheology of emulsions. - 1963 Pergamon Press London.
-
(4) - SADLER (L.Y.), SIM (K.G.) - Minimize Solid-Liquid Mixture Viscosity by optimizing particle size distribution. - Chem. Eng. Progress 87, 3, 1991, p. 68.
-
(5) - PERRY (R.H.), GREEN (D.W.), MALONEY (J.O.) - Perry’s Chemical Engineer’s Handbook - . 7th edition, 1997 McGraw Hill.
-
(6) - ONIGAT (T.) - Calcul des tuyaux. - 1949 Girardot Paris.
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(7)...
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