Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean-Claude CHARPENTIER : Professeur et directeur de l’École supérieure de chimie, physique, électronique de Lyon - Directeur de recherche au CNRS - Ancien directeur scientifique du département Sciences pour l’Ingénieur du CNRS - Ancien directeur de l’École nationale supérieure des industries chimiques de Nancy
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Lire l’articleINTRODUCTION
Parmi les nombreux problèmes de génie des procédés que rencontrent l’ingénieur et le pharmacien travaillant dans les industries chimiques, pétrolières, pharmaceutiques, cosmétiques et agroalimentaires, l’écoulement d’un ou de plusieurs fluides à travers un milieu poreux fixe ou mobile tient une place prépondérante. Il suffit de citer les principaux procédés unitaires du génie des procédés (séchage, fluidisation, sédimentation, cristallisation, distillation, échange d’ions, extraction liquide-liquide...) pour voir le nombre pléthorique de canalisations, de colonnes, de cuves et de réacteurs au sein desquels le ou les procédés sont réalisés.
De même, pour les industries de la santé, la formulation nécessite la conception, le développement, la production et l’écoulement de matériaux poreux (ou non poreux) fonctionnant par leur composition, leur préparation et leur agencement pour délivrer une action et rendre un service (par exemple la galénique).
Après un bref rappel des principes fondamentaux de la mécanique des fluides appliqués aux cas d’écoulements de fluides parfaits ou visqueux newtoniens dans les conduites, ce texte fournit les notions de base indispensables sur l’hydrodynamique des écoulements dans les milieux poreux rencontrés dans les procédés de sédimentation et granulation, de réactions nécessitant un garnissage, de fluidisation et de filtration.
Notre but est de proposer la ou les relations qui existent :
-
entre le débit de fluide et les propriétés caractéristiques du milieu poreux mobile et des fluides pour maintenir ce milieu poreux dans les conditions optimales de fonctionnement afin de réaliser le procédé et d’élaborer le produit voulu (sédimentation, fluidisation) ;
ou
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entre les pertes de charge nécessaires pour assurer un débit connu et optimum de fluide, compte tenu des propriétés caractéristiques du milieu poreux fixe (réacteurs, filtration).
Il est bien entendu que ce texte ne se veut nullement exhaustif et le lecteur se reportera utilement aux ouvrages hautement spécialisés présentés dans la bibliographie, pour une connaissance plus approfondie sur tel ou tel procédé.
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Écoulement des fluides dans une canalisation6. Filtration
Le but de la filtration est la séparation d’une phase continue et d’une phase dispersée, initialement mélangées ; ce mélange est désigné sous le terme général de suspension (ou préfiltre).
La séparation peut être effectuée de deux façons différentes.
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Filtration dans la masse
La suspension s’écoule à travers une masse poreuse (lit de particules consolidé ou non, papier, feutre...) à l’intérieur de laquelle les particules ou globules de la phase dispersée sont plus ou moins retenus, entraînant un colmatage progressif de la masse filtrante. La phase continue sortant de la masse poreuse, appelée filtrat pour les liquides, sera soit parfaitement pure, soit appauvrie en phase dispersée.
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Filtration sur support
On amène la suspension au-dessus d’un support (toile, feutre, membrane, grille...) sur lequel les particules vont se déposer sous la forme d’un gâteau d’épaisseur croissante. Le filtrat est recueilli sous le support.
6.1 Lois générales
On considère l’expérience de filtration d’une suspension schématisée sur la figure 11.
À l’instant t, l’épaisseur du gâteau est Z et le volume du filtrat recueilli est V.
Une pression ΔP est appliquée au-dessus de la suspension.
Le problème posé par la filtration consiste à déterminer les variations du volume de filtrat V, de la perte de charge ΔP et de la hauteur du gâteau Z en fonction du temps t, compte tenu des propriétés du préfiltre et du gâteau.
Appelons
le débit volumique instantané de filtrat et posons
Ω étant la surface filtrante. Supposons par ailleurs que le gâteau est homogène et incompressible et que le régime d’écoulement à travers le gâteau est laminaire.
On observe que la perte...
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Filtration
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WILKINSON (W.L.) - Non-newtonians fluids. - 1960 Pergamon Press London.
-
(2) - COMOLET (R.) - Mécanique expérimentale des fluides. - Tomes I et II. 1961 Masson Paris.
-
(3) - SHERMANN (P.) - Rheology of emulsions. - 1963 Pergamon Press London.
-
(4) - SADLER (L.Y.), SIM (K.G.) - Minimize Solid-Liquid Mixture Viscosity by optimizing particle size distribution. - Chem. Eng. Progress 87, 3, 1991, p. 68.
-
(5) - PERRY (R.H.), GREEN (D.W.), MALONEY (J.O.) - Perry’s Chemical Engineer’s Handbook - . 7th edition, 1997 McGraw Hill.
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(6) - ONIGAT (T.) - Calcul des tuyaux. - 1949 Girardot Paris.
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