Etude expérimentale de la vaporisation d'un jet de goutelettes au contact d'un milieu gaz-solide fluidisé

par Karine Leclère

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels

Sous la direction de Pierre Guigon.

Soutenue en 2002

à Compiègne .

mots clés

• Interfaces gaz-solide
• Évaporation
• Fluidisation

Résumé

La qualité de l’injection de la charge dans le procédé de Fluid Catalytic Cracking (FCC) est primordiale pour assurer une bonne vaporisation. Cette vaporisation doit être rapide pour permettre aux réactions en phase gazeuse d’avoir lieu pendant le court temps de séjour dans le riser (quelques secondes). Cette vaporisation est facilitée par une injection uniforme de gouttelettes aussi petites que possibles ainsi qu’un mélange intime avec le catalyseur représentant la source de chaleur essentielle. Plusieurs modèles ont été développés pour prédire la vaporisation de gouttelettes dans un milieu gaz-solide. Cependant, aucune validation expérimentale ne vient soutenir ces modèles dont les prédictions varient selon le type de mécanisme retenu (de 1 à plusieurs centaine de millisecondes). La présente étude se propose de mieux comprendre quels sont les mécanismes qui ont lieu lors de la vaporisation. Elle s’articule en deux temps. Il est d’abord nécessaire de définir les limites opératoires pour assurer une vaporisation optimale en évitant la saturation locale du lit et la formation d’agglomérats. Ces limites sont définies précisément dans le cas expérimental et on vérifie que les conditions industrielles évitent cette agglomération. Dans un deuxième temps, on réalise une étude cinétique de la vaporisation dans des conditions favorables sans agglomération. Une méthode de mesure originale est mise au point permettant des prises d’échantillon à des temps très courts (quelques dizaines de millisecondes). L’ensemble des expériences indique que le transfert de chaleur n’est pas le paramètre limitant mais que le transfert gouverne la vaporisation. Un modèle basé sur un transfert à travers une couche limite est donc retenu. Sa validation dans des conditions denses justifie son extrapolation aux conditions industrielles. Une étude détaillée des paramètres opératoires permettra de dégager les points importants pour améliorer la qualité de la vaporisation.

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