Étude expérimentale et simulation de la ségrégation mécanique et thermique de billes millimétriques dans un séchoir de type tambour tournant

par Aline Mesnier

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Roman Peczalski et de Séverine Vessot.

Soutenue le 27-03-2019

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de génie Pharmaceutique (Lyon) (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphanie Briançon.

Le jury était composé de Roman Peczalski, Séverine Vessot, Pascal Vacus.

Les rapporteurs étaient Patricia Arlabosse, Véronique Falk.


  • Résumé

    La problématique de l’homogénéité de traitement mécanique et thermique d’un lit particulaire bi-disperse en tailles ou en densités dans un tambour tournant horizontal a été abordée. Dans la première partie, le mélange des billes sphériques millimétriques dans un tambour de type ‘tranche’ a été observé expérimentalement à l’aide des maquettes originales et simulé numériquement à l’aide d’un code commercial de type DEM. En ajustant le coefficient de frottement entre les billes, un accord satisfaisant a été obtenu entre les résultats des simulations et des expériences. Le lit a été globalement caractérisé par l’indice de ségrégation radial, la répartition des billes dans la couche frontale et l’angle de talus dynamique. Des phénomènes importants de ségrégation radiale et axiale ont été mis en évidence. Une réduction très significative de l’indice de ségrégation radiale a été obtenue dans le cas des ailettes multiples et longues par rapport au cas avec peu d’ailettes courtes ou pas d’ailettes. Dans la deuxième partie, le chauffage des billes par contact avec la paroi périphérique du tambour a été simulé par la méthode DEM. Des lits mono-disperse, bi-disperse (comme dans la partie 1), et à dispersion gaussienne ont été considérés. Les indices de ségrégation mécanique et thermique ont été comparés pour les différents types de lits et différentes configurations d’ailettes. L’intensité de la ségrégation thermique a été renforcée, dans l’ensemble, par la ségrégation mécanique et a été la plus forte pour le lit bi-disperses en densités. L’augmentation de la hauteur et du nombre des ailettes a considérablement amélioré l’homogénéité thermique du lit et la vitesse globale de chauffage

  • Titre traduit

    Experimental study and modeling of mechanical and thermal segregation of millimetric beads in a rotary drum dryer


  • Résumé

    Product homogeneity issue during mechanical and thermal processing of a bi-dispersed bed with two particles’ sizes or two particles’ densities in a horizontal rotary drum was considered. In the first part, the mixing of milli-metric size spherical beads in a two-dimensional drum was simulated by means of a commercial discrete element software and optically observed in a specially designed laboratory scale device. The spatial distribution of the particles in the front bed section, the radial mechanical segregation index and the dynamic slope angle were analyzed. After adjusting the friction coefficient, the simulation results were close to the experimental ones. Important phenomena of radial and axial segregation have been highlighted. The radial segregation index was found to be significantly decreased by applying an important number of long baffles, while using few short baffles had practically no influence on segregation intensity. In the second part, the heating of the bed of spherical beads in a 2D drum with hot peripheral wall was simulated by means of the discrete element software. Mono-dispersed, gaussian-dispersed and bi-dispersed beds (same as in part 1) were considered. The mechanical segregation and the thermal segregation indexes were calculated for the different types of bed and for different baffles configurations. The thermal segregation was found to be generally enhanced by the mechanical segregation and reached its highest values for the bi-density bed. Increasing the number and the length of the baffles considerably improved the overall heating rate and the thermal homogeneity of the considered beds


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