Présentation
Auteur(s)
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Michel ROUSTAN : Ingénieur INSA (Institut national des sciences appliquées de Toulouse) - Professeur de génie chimique − INSA Toulouse
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Jean-Claude PHARAMOND : Ingénieur INSA - Dosapro Milton Roy
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Alain LINE : Ingénieur INPT (Institut national polytechnique de Toulouse) - Professeur de mécanique des fluides − INSA Toulouse
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les techniques d’agitation, qui ont longtemps été considérées comme un art, s’appuient maintenant sur des considérations tant théoriques qu’expérimentales, qui permettent une approche scientifique des problèmes posés. Des progrès énormes ont en effet pu être réalisés grâce, d’une part, à l’accumulation de données sur le fonctionnement d’unités industrielles et, d’autre part, à l’effort de recherche important accompli par quelques sociétés et laboratoires universitaires spécialisés dans le domaine de l’agitation et du mélange.
D’une façon très générale, la détermination d’une unité d’agitation consiste soit à sélectionner l’appareil adapté à un nouveau procédé, soit à extrapoler (ou interpoler) les résultats obtenus avec un appareil donné dans le cadre d’une fabrication existante.
Les potentialités des nouveaux moyens expérimentaux et numériques permettent de développer une approche locale qui complète l’approche globale classique du fonctionnement des cuves agitées.
L’analyse locale du fonctionnement d’une cuve agitée (figure A) donne accès aux distributions spatiale et temporelle de la vitesse et de la turbulence. Cette information peut aider à comprendre et à contrôler le mélange dans la cuve agitée et peut conduire à optimiser son fonctionnement dans différentes conditions.
Dans tous les cas, une bonne connaissance du procédé est indispensable pour permettre le choix le plus favorable à l’accomplissement de ce procédé, notamment sur le plan économique.
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VERSIONS
- Version courante de juil. 2023 par Michel ROUSTAN, Alain LINÉ, Jean-Claude PHARAMOND
DOI (Digital Object Identifier)
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Exemples de calculs pour des systèmes d’agitationArticle inclus dans l'offre
"Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique"
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4. Paramètres locaux d’un système d’agitation
L’analyse locale du comportement de la cuve agitée présente plusieurs intérêts. La connaissance du champ de vitesse en tout point de la cuve donne accès à la circulation globale, à la localisation des zones d’eaux mortes et des zones à fort gradient de vitesse. La connaissance du champ de vitesse induit par un mobile d’agitation permet de choisir la position et le type d’agitateur le mieux adapté à un procédé : mise en suspension, dispersion de particules solides ou dispersion de bulles ou de gouttes. La connaissance du champ turbulent permet de quantifier le mélange en estimant les échelles caractéristiques des tourbillons énergétiques, le niveau d’énergie associé et le taux de dissipation d’énergie.
Pour accéder aux grandeurs locales, l’analyse expérimentale est indispensable 4.1. En parallèle à l’expérience, les outils de simulation numérique des écoulements dans les cuves agitées peuvent aider l’ingénieur à mieux maîtriser les performances d’un procédé de mélange 4.2.
4.1 Moyens de mesure du champ de vitesse
4.1.1 Acquisition des données de vitesse
On peut mesurer la vitesse de l’écoulement dans une cuve agitée par différentes techniques (figure 15). Un premier groupe de moyens techniques correspond à une mesure locale et ponctuelle de la vitesse instantanée par anémométrie à film chaud (hot film anemometry : HFA), anémométrie à fil chaud (hot wire anemometry : HWA) ou anémométrie laser à effet Doppler (laser Doppler anemometry : LDA).
On doit mentionner une nouvelle technique de vélocimétrie par image de particules (particle image velocimetry : PIV) qui donne accès directement à la distribution spatiale du champ instantané de vitesse dans un plan. Cette nouvelle technique permet un gain de temps considérable...
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