Modélisation des transferts couples de charge et de chaleur dans un électrolyseur industriel de production de fluor

Modeling heat and charge coupled transfers in an industrial fluorine electrolyzer

• Auteur / Autrice : Hervé Roustan
• Direction : Jean-Pierre Caire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrochimie et de physicochimie des matériaux et des interfaces (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Ecole nationale supérieure d'électrochimie et d'électrométallurgie (Grenoble1921-2008)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Ozil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Nicolas, Jacques Morandini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Durand, Michael Matlosz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de charge

Transfert de chaleur

Électrolyseurs

Électrolyse

Fluor

Mots clés libres

Chimie

Chimie generale et chimie physique

Industrie chimique

Fluor

Cellule electrolyse

Sel fondu

Potassium fluorure

Hydrogene fluorure

Transfert chaleur

Transfert charge

Densite courant

Potentiel electrique

Degagement gazeux

Simulation numerique

Methode element fini

Résumé

Ce travail décrit la conception du modèle numérique du comportement électrique et thermique des cellules industrielles d'électrolyse du fluor de la société comurhex. Le but de cette étude est de déterminer les vecteurs densité de courant, le potentiel électrique et les isothermes dans l'électrolyseur. La modélisation a été conduite pas à pas dans le but de séparer les difficultés. En premier lieu, un modèle électrique de l'électrolyseur a été élaboré. Pour sa mise au point, il a été nécessaire de surmonter de nombreuses difficultés. En particulier, le traitement de la discontinuité du potentiel à travers les interfaces anode/bain, à cause des surtensions a été une grosse difficulté. Ensuite, un nouveau modèle couplant les équations d'électricité et de thermique (en conduction uniquement) a été construit. Cependant, ce modèle n'était pas satisfaisant car il négligeait les phénomènes de convection qui sont prépondérants dans le transfert thermique au sein de la cellule. C'est pourquoi, un dernier modèle incluant les précédentes équations et celles de Navier-stokes a été créé. Ce modèle prend en compte le dégagement gazeux aux électrodes. Ce dernier modèle donne de très bons résultats et tout particulièrement en ce qui concerne le transfert thermique. Ce modèle est un outil très utile pour la compréhension du comportement de la cellule. C'est un outil performant pour l'optimisation de l'électrolyseur ou pour la conception d'une nouvelle cellule