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RÉSUMÉ
L’agitation des systèmes diphasiques concerne dans cet article les systèmes à deux phases pour lesquels la phase continue est constituée d’un liquide,la seconde phase pouvant être un solide divisé, ou du gaz, ou encore un liquide immiscible. La cuve est agitée pour une large majorité des applications industrielles. Les éléments de choix des technologies sont présentés, en particulier les agitateurs et la façon des les implanter dans la cuve. Les principaux phénomènes physiques sont exposés, afin de donner des éléments de compréhension à l’utilisateur, souvent confronté à des difficultés d’appréhension de ces systèmes complexes. Quelques relations permettant des calculs prédictifs des performances sont proposées.
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Martine POUX : Ingénieur ENSCT, Docteur de l'INPT, HDR, Ingénieur de recherche à l'INP de Toulouse - Laboratoire de génie chimique INPT/UPS/CNRS, École nationale supérieure des Ingénieurs en arts chimiques et technologiques, Toulouse (ENSIACET)
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Catherine XUEREB : Ingénieur ENSIGC, Docteur de l'INPT, HDR, directrice de recherche au CNRS - Laboratoire de Génie Chimique INPT/UPS/CNRS, École nationale supérieure des Ingénieurs en arts chimiques et technologiques, Toulouse (ENSIACET)
INTRODUCTION
La cuve agitée reste l'appareil le plus utilisé pour assurer le mélange de phases non miscibles. Les applications industrielles sont très largement diversifiées, couvrant tous les secteurs de production, et surtout une gamme de taille d'installations pouvant aller de quelques litres à 1 ou 2 milliers de mètres cubes.
Néanmoins les principes de base, les phénomènes qui contrôlent l'opération, sont les mêmes, que l'on travaille dans le secteur de l'agroalimentaire ou de la chimie, de la pharmacie et cosmétique ou des peintures…
Le point commun aux systèmes multiphasiques est la complexité du rôle de l'agitation. Dans le cas de systèmes diphasiques dont une phase au moins est liquide, la seconde phase est dispersée dans ce liquide, généralement sous la forme de bulles, de gouttes ou de particules. Dans les systèmes simples monophasiques, le ou les agitateurs ont classiquement pour mission de conférer une bonne homogénéité au système, si possible rapidement et à moindre coût énergétique. En système diphasique, l'agitateur va en plus contrôler certaines caractéristiques de la seconde phase, notamment les circulations auxquelles elle sera soumise, voire les propriétés de la dispersion (taille, distribution…).
Lors de ces opérations, on recherche soit un état final physique du système, soit une performance en transfert de matière, avec ou sans réaction chimique. Il convient dans chaque situation que l'utilisateur définisse bien ses priorités, car il n'est pas possible de définir un système qui soit optimal à tous points de vue (rapidité d'obtention d'une dispersion, coût énergétique, degré d'homogénéité, performances de transfert, etc.). Dans tous les cas, le choix des modèles d'agitateurs et leur installation dans la cuve reste un élément majeur de réussite du procédé. Ce n'est qu'après cette première étape qu'il est possible de bien travailler sur les paramètres de fonctionnement.
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MOTS-CLÉS
Dispersion Suspension Mélange Cosmétique métallurgie chimie Agroalimentaire Pharmacie Agitateur Cuve agitée
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4. Conclusion
Les phénomènes physiques qui contrôlent le mélange de systèmes diphasiques doivent être compris et maîtrisés afin d'assurer un résultat correct de l'opération. Ils constituent des verrous majeurs du procédé. Ils sont contrôlés non seulement par les conditions opératoires, mais également dans une large mesure par les technologies d'agitation. Un mauvais choix d'appareil peut rapidement mener non pas à une simple diminution des performances, mais à un échec total de l'opération. L'existence de nombreux régimes de dispersion rend ces systèmes particulièrement sensibles et potentiellement peu robustes. Avant le passage à la taille de la production, l'étape pilote impérativement équipé des mêmes agitateurs est vivement recommandée, en évitant les trop petits volumes car les phénomènes limitants n'y sont pas identiques. Enfin, si la cuve agitée reste l'appareil de référence pour l'agitation des systèmes diphasiques, il convient de se poser la question de la pertinence du passage en continu – ou en semi-continu –, de certaines opérations, et de l'utilisation de mélangeurs statiques que l'on installe alors en ligne. Cette option peut répondre notamment à certaines exigences, comme des distributions de taille de la dispersion resserrées, ou des transferts thermiques intenses.
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BIBLIOGRAPHIE
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• Syndicat français des colles et adhésifs/French trade union of adhesives and glues – Paris http://www.sfca.fr
• Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgard (MPA Stuttgard, Otto-Graf-Institut (FMPA)) http://www.mpa.uni-stuttgart.de/
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• Syndicat national des constructeurs de charpentes en bois lamellé collé/National Union of constructors of structural glued laminated wood (SNCCBLC) http://www.glulam.org
• Union française des fabricants et entrepreneurs de parquets/French Union of flooring manufacturers and entrepreneurs (UFFEP) http://www.uffep.org
• Union des fabricants de menuiserie extérieure/Union of manufacturers of exterior carpentry (UFME) http://www.UFME.fr
• Association des écrans routiers en bois/Association of wooden road screens (AREBOIS) http://www.batibois.org
• Fédération de l"industrie bois...
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