Bibliographie & annexes
Présentation
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.
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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.
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
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
Classification des poudres de Geldart Vitesse minimale de fluidisation Régime bouillonnant Elutriation Attrition Réacteurs chimiques Génie des procédés
KEYWORDS
Geldart's powder classification | minimum fluidization velocity | bubbling fluidization | elutriation | attrition | chemical reactors | chemical engineering
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1992 par Khalil SHAKOURZADEH
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Notions de base de la fluidisation gaz-solide2. Propriétés physiques des solides divisés
Cette partie présente les propriétés physiques fondamentales des solides divisés qui sont nécessaires à l'étude des lits fluidisés.
2.1 Granulométrie et morphologie
2.1.1 Taille et forme des particules
La taille des particules est sans aucun doute le paramètre le plus recherché d'une poudre. Ces particules peuvent être de forme simple et régulière, telle qu'une sphère (figure 2a ), ou plus complexe (figure 2b ). Si l'on cherche à caractériser une particule sphérique, il paraît évident d'utiliser son diamètre. En revanche, dès que l'on s'éloigne d'une sphère, le nombre de paramètres nécessaires à la description géométrique d'une particule augmente. Par exemple, il faut deux paramètres pour un cylindre (son diamètre de section et sa hauteur). De façon générale, plus la forme se complexifie et plus il faut de paramètres. Ainsi, pour un grain de forme irrégulière, nous avons recours à la définition de différents diamètres équivalents et facteurs de forme.
HAUT DE PAGE2.1.2 Diamètres équivalents et facteurs de forme
Le diamètre équivalent correspond au diamètre qu'aurait une sphère hypothétique ayant soit une même caractéristique (surface, volume, etc.), soit un même comportement...
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Propriétés physiques des solides divisés
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. Ingénierie et étude expérimentale.
ANNEXES
Ergun Fluidization Software http://www.utc.fr/ergun/
HAUT DE PAGE
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
11th International Conference on Fluidized Bed Technology, 14-17 mai 2014, Beijing, China.
7th 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.
10th European congress of Chemical Engineering + 3rd European...
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