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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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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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Conclusion4. Modèles théoriques
À côté des travaux expérimentaux présentés ci-dessus, des études théoriques ont été développées pour tenter de décrire et de prédire la DTS en fonction de la géométrie du système et des conditions opératoires. Les divers modèles qui peuvent être trouvés dans la bibliographie sont fondés sur différentes approches : modèles issus de la mécanique des milieux continus, du génie chimique, modèles statistiques et modèles mixtes.
4.1 Approches de type mécanique des milieux continus
Une fois le champ de vitesse connu, les trajectoires des particules de fluide et le temps passé le long de ces trajectoires peuvent être calculés, ce qui conduit à la distribution des temps de séjour.
HAUT DE PAGE
Pinto et Tadmor ont calculé la DTS théorique d'une zone de pompage dans le cas d’un matériau newtonien et isotherme. Ce modèle a par la suite été validé expérimentalement. Ils obtiennent :
où a = y/H est la position...
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Modèles théoriques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DANCKWERTS (P.V.) - Continuous flow systems. Distribution of residence times. - Chem. Eng. Sci., 2, p. 1 (1953).
-
(2) - LEVENSPIEL (O.) - Chemical Reaction Engineering : An Introduction to the Design of Chemical Reactors. - Wiley, New York (1962).
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(3) - PINTO (G.), TADMOR (Z.) - Mixing and residence time distribution in melt screw extruders. - Polym. Eng. Sci., 10, p. 279 (1970).
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(4) - CASSAGNAU (P.), TAHA (M.) - The concept of conversion distribution in reactive processing. - J. Appl. Polym. Sci., 60, p. 1765 (1996).
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(5) - GAO (J.), WALSH (G.), BIGIO (D.), BRIBER (R.M.), WETZEL (M.D.) - Residence time distribution model for twin-screw extruders. - A.I.Ch.E. J., 45, p. 2541 (1999).
-
(6) - WEISS (R.A.), STAMATO (H.) - Development of an ionomer tracer...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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