Etude expérimentale du fractionnement liquide-liquide en micro-canaux pour la production en continu de biodiesels émulsionnés

par Arab Belkadi

Thèse de doctorat en Energétique, Thermique, Combustion

Le président du jury était Christophe Dumouchel.

Le jury était composé de Jérôme Belletre, Agnès Montillet, Dominique Tarlet, Christophe Dumouchel, Michel Gradeck, Laurent E. Prat.

Les rapporteurs étaient Michel Gradeck, Laurent E. Prat.


  • Résumé

    Cette thèse s’intéresse à un procédé d’émulsification d’eau dans l’huile pour produire un biodiesel. En effet, dans la composition d’un biocarburant émulsionné, la présence d’une faible fraction d’eau sous forme de gouttelettes de l’ordre de 5 m de diamètre est essentielle pour la réduction de polluants issus de leur combustion grâce au phénomène de micro-explosion. Pour ce faire, un système est développé et permet de traiter des débits de 60-100 mL/min pour alimenter des chaudières d’une puissance D 60 kW. Le procédé développé ici emploi un système d’échelle submillimétrique basé sur le principe des jets en impact. Il s’agit d’un micro-système dont les canaux gravés forment une croix. Afin de générer un choc frontal de puissance suffisante entre les flux entrants des deux phases, différentes géométries ont été testées et discutées. Cette étude est menée selon le principe d’une maquette froide. Les fluides de travail choisis sont l’huile de tournesol (phase continue) et l’eau (phase dispersée). Des émulsions polydispersées sont obtenues contenant un volume d’eau < 20 % pour un diamètre moyen de dispersion de 10 m. Les nombres capillaires appliqués (Ca = 4 - 12) sont 10 à 103 fois supérieurs à ceux investigués dans la littérature. Pour les vitesses d’écoulement mises en jeu, l’utilisation de la visualisation à haute fréquence (caméra rapide) et la technique optique de collecte de lumière polarisée ont permis respectivement une caractérisation de l’hydrodynamique d’écoulement liquide-liquide et la détermination de la zone active de fractionnement dans ces micro-systèmes.

  • Titre traduit

    Experimental study of liquid-liquid fractionation in micro-channels for the continuous production of biodiesel emulsified


  • Résumé

    This work focuses on the design of a process of emulsification of water in a lipid phase that may be used as biofuel. Indeed, in the composition of an emulsified biofuel, the presence of a small fraction of water in the form of droplets, with diameter about 5 m, is essential for the pollutants reduction during combustion due to micro-explosion. The choice is made to develop a simple design system that can treat sufficiently high flow rates (60 to 100 mL/min) in order to feed boilers with capacity D 60 kW. The process investigated here to form water-in-oil emulsions (w/o) is a sub-millimeter scale system based on the principle of jets impact or so called impinging flow. This is a micro-system, in which engraved channels form a cross. To generate a frontal impact of sufficient power between the two phases inflows, different geometries were tested and discussed. This study was conducted according to the principle of a cold model. Selected working fluids are sunflower oil as the continuous phase and water as a dispersed phase. The emulsions obtained are polydisperse and contain less than 20 % by volume of water for an average dispersion diameter of 10 m. Applied capillary number (Ca = 4 - 12) is 10 to 1000 times higher than those usually investigated in the literature. For these corresponding flow rates, the use of high speed camera and collecting polarized light technique enabled respectively a characterization of hydrodynamic liquid-liquid flow and the determination of the active area of fractionation in these microsystems.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (164-173 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.157-164

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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