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 à travers un lit de particules3. Mouvement de gouttes et de bulles
Un globule fluide se distingue d’un globule sphérique rigide par sa viscosité ηg qui n’est pas infinie et par la tension interfaciale globule/phase continue σ.
Pour un globule sphérique de diamètre d, qui n’est soumis ni à des déformations ni à des oscillations, et en écoulement laminaire (Reg < 1), la vitesse du globule est égale à la vitesse de chute libre donnée par la formule de Stokes [6], multipliée par un facteur correctif, coefficient de Hadamard H :
( 8 )
Les globules de grande dimension ne restent pas sphériques. Sous l’influence des forces normales de pression dynamique, ils se déforment. Cette déformation résulte de l’équilibre des forces dynamiques, hydrostatiques et de tension interfaciale. Elle consiste en un aplatissement, ce qui augmente l’aire du maître-couple, donc de la traînée et par suite, une diminution de la vitesse de déplacement. De plus, une turbulence apparaît à l’arrière du globule.
Comme en général les forces de viscosité interviennent en même temps que les forces interfaciales, on introduit trois critères adimensionnels Eötvos, Weber et P, qui permettent de comparer les forces s’appliquant sur les particules :
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Mouvement de gouttes et de bulles
BIBLIOGRAPHIE
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(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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