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Auteur(s)
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Khalil SHAKOURZADEH : Docteur d’État ès Sciences Physiques - Enseignant‐Chercheur au Département de Génie Chimique de l’Université de Technologie de Compiègne
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les lits fluidisés présentent un certain nombre de caractéristiques hydrodynamiques et de mise en contact entre phases qui les rendent potentiellement attractifs pour être le siège de réactions gaz‐solides ou de réactions catalytiques hétérogènes.
Parmi les avantages reconnus, on notera la possibilité d’opérer en système ouvert ou en système fermé, de pouvoir manipuler de gros débits de solides, de bénéficier d’un excellent mélange de solides et, de ce fait, d’avoir une bonne isothermie radiale et axiale et un bon contrôle de la température. Par ailleurs, les caractéristiques physiques des catalyseurs, dont la taille moyenne se situe entre 50 et 100 µm et qui ont une surface spécifique élevée, demeurent compatibles avec des conditions de fluidisation et de mise en contact acceptables. Si la première application industrielle de la fluidisation à une réaction chimique remonte à 1926 avec la gazéification du charbon, c’est depuis 1940, après le lancement des premiers réacteurs de craquage catalytique, que cette technique a pris son véritable essor. Les variantes techniques qui permettent de prendre en compte les caractères spécifiques d’une réaction et les contraintes de procédé sont nombreuses. Tous ces facteurs font que la conception, l’extrapolation ou même la transformation d’unités font encore largement appel à l’expérience et ne sont pas sans risques.
On trouve dans la littérature différents types de modèles applicables aux réacteurs à lits fluidisés, qui peuvent être utilisés pour le dimensionnement. Nous présenterons les principaux de ces modèles et discuterons de leur applicabilité selon les conditions opératoires.
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- Version courante de déc. 2014 par Mikel LETURIA, Khashayar SALEH
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2. Modèles réactionnels pour lits fluidisés
2.1 Classement des modèles
Les réactions chimiques mises en œuvre dans les lits fluidisés se divisent en deux groupes distincts :
-
les réactions catalytiques ;
-
les réactions à solides consommables.
Les réactions à solides consommables sont naturellement plus compliquées à modéliser puisqu’elles produisent non seulement un changement dans la composition de la phase gazeuse, mais aussi des modifications de la granulométrie du solide (dans certains cas) ou de sa densité (dans d’autres cas).
D’une manière générale, le réacteur à lit fluidisé peut être schématisé selon la figure 3 sur laquelle on peut distinguer plusieurs zones :
-
la zone des jets qui se trouve juste au‐dessus de la grille et qui a un comportement hydrodynamique complexe ;
-
la partie fluidisée bouillonnante comportant trois phases : bulles, nuages et émulsion avec un transfert de la matière réactive de la phase bulles vers la phase nuages puis vers la phase émulsion, et un transfert des produits dans le sens opposé ;
-
la zone de désengagement au‐dessus de la surface du lit où les particules sont projetées par éclatement des bulles.
Les différents types de modèles utilisés pour la partie bouillonnante des réacteurs industriels sont représentés sur la figure 4.
Étant donnée la complexité des phénomènes hydrodynamiques, les modèles proposés pour la zone des jets ainsi que ceux pour la zone de désengagement sont des modèles simples et ils sont peu nombreux. Par contre, il existe un nombre important de modèles pour le calcul du taux de conversion dans la partie bouillonnante du lit.
May et Van Deemter ont proposé des modèles basés sur des résultats de traçage des phases gazeuse...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GELDART (D.) - Gas fluidization technology. - J. Wiley et Sons (1986).
-
(2) - THONGLIMP (V.), HIQUILY (N.), LAGUÉRIE (C.) - * - Powder Tech., 38, p. 233 (1984).
-
(3) - DARTON (R.C.), LA NAUZE (R.D.), DAVIDSON (J.F.), HARRISON (D.) - * - Trans. Inst. Chem. Engrs., vol. 55, p. 274 (1977).
-
(4) - MAY (W.G.) - * - Chem. Eng. Prog., vol. 55, no 12, p. 49 (1959).
-
(5) - VAN DEEMTER (J.J.) - * - Chem. Eng. Sc., vol. 13, p. 143 (1961).
-
(6) - ORCUTT (J.C.), DAVIDSON (J.F.), PIGFORD (R.L.) - * - Chem. Eng. Prog. Sym., vol. 58, no 38, p. 1 (1962).
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