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Auteur(s)
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Gérard ANTONINI : Professeur des universités - Université de technologie de Compiègne (UTC)
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Dans une première partie du document [BE 8 255], on a présenté les principales caractéristiques des solides divisés, leur classification, et les différents régimes de fluidisation gaz-solide accessibles. On a fourni un ensemble de données concernant les caractéristiques des lits fluidisés denses et circulants, et celles des dispositifs auxiliaires nécessaires au bon fonctionnement de ces technologies. Les performances des lits fluidisés en tant que mélangeurs gaz-solide et solide-solide ont également été abordées.
On a décrit ensuite les différentes applications possibles des lits fluidisés.
Des échanges de masse et de chaleur peuvent y être réalisés avec une grande efficacité, par contact direct entre le solide divisé, de grande surface spécifique, et le gaz de fluidisation, ou entre le lit et la paroi d'un échangeur immergé. La couche fluidisée constitue un volume ouvert, pratiquement isotherme, du fait de la forte capacité thermique des solides par rapport à celle des gaz, ainsi que de l'agitation particulaire et du brassage hydrodynamique permettant le renouvellement des surfaces de contact gaz-particule et lit-paroi.
Cette deuxième partie sera consacrée à la description des processus de transferts de masse et de chaleur en lit fluidisé. Les principales corrélations permettant d'estimer les coefficients de transfert gaz-particule, particule-lit et lit-paroi sont fournies. On applique ces données au calcul des transferts dans le cadre de nombreux dispositifs tels que des échangeurs ouverts mono ou multiétagés, des sécheurs ou des chaudières à lits fluidisés.
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Transfert de chaleur entre lit dense et tubes immergés horizontaux et verticaux2. Transfert de chaleur entre un lit dense et une paroi
Le transfert thermique entre un lit fluidisé et une paroi immergée dans le lit est le mode de transfert couramment utilisé pour le transfert d'énergie calorifique entre le lit particulaire et des surfaces d'échanges, constituées par les parois verticales du lit ou bien par des tubes immergés au sein du média inerte fluidisé.
Le transfert thermique entre un lit fluidisé et une paroi résulte de l'action combinée de trois processus de transfert.
-
Transfert par la convection particulaire et contact direct particules/paroi, par lequel l'enthalpie du solide divisé du lit est cédée à la paroi
La capacité thermique du solide, par unité de volume, est bien supérieure à celle du gaz : c'est donc un mode prépondérant de transfert thermique en lit fluidisé dense. Le coefficient d'échange associé est désigné par h cp. Le transfert par contact particule/surface est négligeable, du fait de la faiblesse des surfaces et des temps de contact ; c'est donc le transfert conductif au travers de la couche gazeuse, quasi stagnante, immédiatement adjacente à la paroi, qui contrôle ce transfert.
La conductance thermique à la paroi peut s'écrire :
avec :
- δ :
- épaisseur moyenne de la couche gazeuse séparant le lit de la paroi.
Cette épaisseur est d'autant plus faible que la taille des particules constituant le lit est petite. On peut donc s'attendre à une augmentation des coefficients d'échange convectif particulaire avec la diminution de la taille des particules du lit. C'est le cas des particules du groupe A et B de la classification de Geldart (cf. [BE 8 255]). Par contre, ce n'est pas le cas pour les particules du groupe D, du fait de l'apparition, pour ces particules fines, de forces interparticulaires qui limitent la mobilité du solide vers la paroi et, donc, l'échange thermique.
De même, des coefficients d'échange h cp élevés seront obtenus avec une élévation de la température du gaz entraînant l'augmentation de sa conductivité thermique.
Une augmentation de la vitesse du gaz accroît...
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Transfert de chaleur entre un lit dense et une paroi
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GONZO (E.E.) - * - Chem. Eng. J., 90, p. 299 (2002).
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(3) - SCHLÜNDER (E.U.) - * - Chem. Engng. and Processing, 18, p. 97 (1984).
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(6) - COLLIER (A.P.), HAYHURST (A.N.), RICHARDSON (J.L.), SCOTT (S.A.) - * - Chem. Eng. Sci., 59, p. 4613 (2004).
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