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Mise en œuvre des poudres - Séchage par atomisation. Procédé

| Réf : J4100 v2

Fluidisation gaz-solide- Bases et théorie

Auteur(s) : Mikel LETURIA, Khashayar SALEH

Date de publication : 10 déc. 2014

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Fluidisation gaz-solide - Particules fines et nanoparticules

Cet article fait partie de l’offre Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique

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RÉSUMÉ

Cet article décrit les bases de la fluidisation gaz-solide et met l’accent sur l’hydrodynamique des lits fluidisés en régime bouillonnant. Après un rappel sur les propriétés physiques des solides divisés, les principaux concepts de la fluidisation sont présentés :

classification des poudres de Geldart ;
vitesse minimale de fluidisation ;
phénomène de bullage (taille et vitesse des bulles), mouvements d’ensemble et expansion des lits fluidisés ;
entraînement et élutriation des particules.

ABSTRACT

Gas-Solid Fluidization Basics and theory

This article describes the basics of gas-solid fluidization and focuses on the hydrodynamics of bubbling fluidized beds. After a reminder of the main powder physical properties, the key concepts of fluidization are presented:

Geldart’s powder classification;
minimum fluidization velocity;
bubbling phenomena (bubble size and velocity), overall flow patterns and expansion of fluidized beds;
entrainment and elutriation.

INTRODUCTION

La fluidisation est un procédé de mise en contact d'une phase granulaire et d'une phase fluide qui permet de maintenir les particules en suspension. Le terme « fluidisation » vient du fait que la suspension gaz-solide est amenée à un état semblable à celui d'un liquide. La gazéification du charbon représente la première application à échelle industrielle de la fluidisation gaz-solide et remonte aux années 1920. Cette technique a connu un développement rapide et important à partir des années 1940, avec le lancement des réacteurs de craquage catalytique du pétrole (procédé FCC). Le procédé FCC est basé sur l'utilisation d'un lit fluidisé de catalyseur qui circule entre un réacteur et un régénérateur. Aujourd'hui encore, il constitue une opération essentielle dans le raffinage du pétrole.

L'avantage majeur de la fluidisation réside dans la qualité de la mise en contact intime entre la phase fluide et les particules solides. L'intensité des transferts de matière et de chaleur (aussi bien entre phases, qu'entre le lit et les surfaces immergées) se traduit par des températures et des concentrations uniformes au sein du lit fluidisé. Ces propriétés avantageuses expliquent que le phénomène de fluidisation soit actuellement exploité dans des applications industrielles nombreuses et variées (chimie, pétrochimie, métallurgie, céramiques, agroalimentaire, pharmaceutiques, etc.).

Le comportement d'un lit fluidisé dépend fortement des propriétés de la phase fluide et des particules solides qui doivent donc être parfaitement connues. Par ailleurs, la fluidisation gaz-solide est souvent caractérisée par la présence de bulles et on parle alors de régime bouillonnant. Celles-ci sont responsables de l'agitation des particules et jouent un rôle important dans les mécanismes de transfert de matière et de chaleur. La compréhension du comportement des bulles et la connaissance de leurs caractéristiques sont donc essentielles pour le dimensionnement des lits fluidisés. Enfin, de nombreuses difficultés opératoires sont associées à la mise en œuvre des lits fluidisés : entraînement des particules fines (phénomène d'élutriation), attrition des particules, érosion des surfaces immergées, nécessité de nombreux dispositifs auxiliaires (distributeurs, filtres, cyclones, jambes de retour, etc.). Tous ces facteurs font que la conception, l'extrapolation et le dimensionnement d'unités font encore largement appel à l'expérience et ne sont pas sans risques.

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KEYWORDS

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de mars 1992 par Khalil SHAKOURZADEH

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/procedes-chimie-bio-agro-th2/operations-unitaires-evaporation-et-sechage-42316210/fluidisation-gaz-solide-j4100/

RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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Auteur(s)

Mikel LETURIA : Docteur de l'Université de Technologie de Compiègne - Ingénieur R et D chez AREVA – Centre de recherche de CEZUS
Khashayar SALEH : Professeur des Universités - Université de Technologie de Compiègne – Département génie des procédés industriels – Labo. TIMR EA4297

BIBLIOGRAPHIE

(1) - KUNII (D.), LEVENSPIEL (O.) - Fluidization engineering. - 2nd ed., Butterworth-Heinemann (1991).
(2) - WADELL (H.) - Volume, shape, and roundness of rock particles. - The Journal of Geology, 40, p. 443-451 (1932).
(3) - GELDART (D.) - Gas fluidization technology. - Wiley, Chichester, New York (1986).
(4) - GELDART (D.) - Types of gas fluidization. - Powder Technology, 7, p. 285-292 (1973).
(5) - ERGUN (S.), ORNING (A.A.) - Fluid flow through randomly packed columns and fluidized beds. - J. Ind. Eng. Chem., 41, p. 1179-1184 (1949).
(6) - WEN (C.Y.), YU (Y.H.) - A generalized method for predicting the minimum fluidization velocity. - AIChE Journal, 12, p. 610-612 (1966).
...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

Éléments de mécanique des fluides : application aux milieux poreux.
Caractérisation et analyse des poudres – Propriétés physiques des solides divisés.
Caractérisation et analyse des poudres – Propriétés comportementales des solides divisés.
Fluidisation gaz-solide. Particules fines et cohésives.
Fluidisation gaz-solide. Ingénierie et étude expérimentale.

ANNEXES

1 Outils logiciels
2 Sites Internet
3 Événements
4 Annuaire
1. 4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
2. 4.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)

1 Outils logiciels

Ergun Fluidization Software http://www.utc.fr/ergun/

HAUT DE PAGE

2 Sites Internet

Module UNIT (cours à distance à accès libre) : « Sciences et technologies des poudres » http://www.nte.enstimac.fr/STP/co/STP_web.html

Modèle fluidisation http://www.nte.enstimac.fr/STP/co/OU8.html

HAUT DE PAGE

3 Événements

11^th International Conference on Fluidized Bed Technology, 14-17 mai 2014, Beijing, China.

7^th World Congress on Particle Technology, 19-22 mai 2014, Beijing, China.

Science et Technologie des Poudres (STP) Colloque ayant lieu tous les 3 ans, prochaine occurrence : 2015 – Nancy.

10^th European congress of Chemical Engineering + 3^rd European...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - PRINCIPE

1.1 - Phénomène de fluidisation
1.2 - Avantages et inconvénients
1.3 - Applications industrielles
1.4 - Paramètres importants dans le comportement en fluidisation

2 - PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES SOLIDES DIVISÉS

2.1 - Granulométrie et morphologie
2.2 - Porosités et masses volumiques

3 - NOTIONS DE BASE DE LA FLUIDISATION GAZ-SOLIDE

3.1 - Régimes de fluidisation
3.2 - Classification des poudres selon Geldart
3.3 - Minimum de fluidisation

4 - HYDRODYNAMIQUE DES LITS FLUIDISÉS EN RÉGIME BOUILLONNANT

4.1 - Phénomène de bullage et théorie des deux phases
4.2 - Propriétés des bulles
4.3 - Formation des bulles – Distributeur
4.4 - Taille des bulles
4.5 - Vitesse des bulles
4.6 - Expansion des lits fluidisés et fraction volumique occupée par les bulles
4.7 - Mouvements d'ensemble des bulles et des particules solides
4.8 - Mouvements locaux du gaz et du solide autour d'une bulle

5 - ENTRAÎNEMENT ET ÉLUTRIATION DES PARTICULES

5.1 - Phénomène d'élutriation
5.2 - Vitesse terminale de chute libre d'une particule
5.3 - Zones présentes dans un lit fluidisé
5.4 - Mécanisme d'élutriation
5.5 - Modélisation de l'entraînement
5.6 - Influence des propriétés des particules et des paramètres opératoires sur l'élutriation