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RÉSUMÉ
Le concept de distribution de temps de séjour (DTS) est crucial dans de nombreuses applications en extrusion, en particulier lorsqu'il s'agit de systèmes réactifs, de problèmes de dégradation ou de problèmes de mise à l'échelle. Dans cet article, après avoir introduit les notions de base concernant les DTS, les différentes méthodes de mesure seront détaillées, suivies par la présentation de résultats expérimentaux sur l'influence des principaux paramètres du procédé d'extrusion (vitesse de rotation, débit, température, profil de vis, etc.). Enfin, les différentes approches théoriques pour décrire et/ou prédire la DTS seront passées en revue.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Bruno VERGNES : Docteur ès sciences - MINES Paris – PSL, CEMEF, Sophia Antipolis, France
INTRODUCTION
Le concept de distribution des temps de séjour (DTS) a été introduit en génie chimique au début des années 1950, puis développé par la suite et appliqué au domaine de la plasturgie dès les années 1960. Lorsqu'un fluide s'écoule dans un réacteur, les trajectoires des particules et leurs vitesses le long de ces trajectoires sont généralement différentes. Par conséquent, le temps passé dans le réacteur n'est pas identique pour toutes les particules mais caractérisé par une distribution, qui décrit l'histoire temporelle du fluide. Dans de nombreuses applications en extrusion, la qualité du produit final va dépendre de l’histoire thermomécanique que le matériau a subie au cours du procédé. Ceci est particulièrement important lorsque l’on a affaire à des systèmes réactifs, à des produits sensibles à la dégradation thermique, ou que l’on désire extrapoler correctement un procédé d’une échelle laboratoire à une échelle industrielle.
Il est donc crucial d’avoir accès à cette histoire thermomécanique, caractérisée en partie par la distribution de temps de séjour. Cela nécessite la mise au point de techniques de mesure appropriées, capables de fournir des données précises de manière rapide et sans perturber le procédé. Cela passe ensuite par le développement de modèles théoriques, dans le but de simplement décrire ou mieux de prédire la DTS en fonction des conditions opératoires. C’est là l’objet de cet article, dans lequel ces divers aspects de la DTS seront abordés, et ceci, lorsque cela sera possible, dans les différents procédés d’extrusion, à savoir l’extrusion monovis, les extrusions bivis co- et contrarotatives, et le co-malaxeur.
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Résultats expérimentaux2. Méthodes de mesure
Toutes les mesures de DTS sont fondées sur la détection, via sa concentration, d'un traceur introduit au début du processus. Cette introduction peut prendre la forme d'une impulsion de Dirac (instantanée) (figure 3a) ou d'un changement d'échelon (figure 3b). La concentration du traceur
est mesurée à la sortie et les fonctions de la DTS sont calculées selon :
Un traceur introduit sous la forme d’une impulsion de Dirac fournit directement la DTS différentielle, tandis qu'un changement d'échelon fournit la DTS cumulée (figure 3).
2.1 Propriétés des traceurs
Pour être efficace, le traceur doit avoir le même comportement que le fluide. Il ne doit pas être sujet à de la ségrégation ou de la stagnation, ce qui signifie qu’il doit se déplacer dans toutes les zones de la machine à la même vitesse et selon la même trajectoire que le fluide qui le porte. Il ne doit pas induire de changement de...
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