Transport par fluidisation en phase hyperdense : amélioration technologique, modélisation et dimensionnement

Hyperdense phase transport by fluidization : technological improvement, modeling and design

• Auteur / Autrice : Gabriel Turzo
• Direction : Mehrdji Hemati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 15/02/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Nadine Le Bolay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mehrdji Hemati, Nadine Le Bolay, Geoffrey Petit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nouria Fatah, Gilles Flamant

Mots clés

Mots clés libres

Fluidisation

Défluidisation

Transport vertical

Transport horizontal

Expérimentation

Modélisation

Fluidization

Defluidization

Vertical Conveying

Horizontal Conveying

Experimentation

Modeling

Résumé

Cette étude est consacrée à la compréhension des phénomènes mis en jeu dans les écoulements fluidisés denses verticaux ascendant et descendant, ainsi que dans leur couplage avec un écoulement fluidisé dense horizontal dans une enceinte à pression contrôlée. Tout d'abord une étude hydrodynamique, réalisée dans une colonne de fluidisation classique sans circulation de solide, a permis de déterminer les différentes grandeurs caractéristiques de la suspension lors de sa fluidisation et de sa désaération, indispensables à la compréhension et à la modélisation des écoulements : Vitesses minimales de fluidisation et de bullage. Porosités au minimum de fluidisation et de bullage. Porosité de la phase dense. Vitesse de désaération et de sédimentation. Puis, l'influence des paramètres tant géométriques (diamètre de la colonne d'expédition, longueur de la partie horizontale, …) qu'opératoires (vitesses de fluidisation de la partie horizontale et d'aération de la colonne d'expédition, politique de dégazage, …) sur le comportement global de deux unités pilotes a mis en évidence les paramètres clés du procédé : Vitesse de fluidisation de la partie horizontale. Politique de dégazage. Aération de la colonne d'expédition. Les transferts de gaz entre les différentes zones du procédé ont également été mis en évidence grâce à l'utilisation d'un traceur gazeux. Enfin, une modélisation de type monodirectionnelle est entreprise dans le but de simuler le comportement des suspensions fluidisées denses en écoulement verticaux ascendant et descendant. Les résultats obtenus concordent de manière très satisfaisante avec les mesures expérimentales. Ils permettent de mettre en évidence les mécanismes de transport ascendant de solide. De plus, le logiciel de calcul ainsi créé permet d'optimiser les dimensions d'une conduite verticale accueillant une suspension fluidisée dense en écoulement descendant afin d'en garantir le bon fonctionnement.

This study is dedicated to the understanding of the phenomena involved in dense fluidized upward and downward flows, and their coupling with a dense fluidized horizontal flow in a pressure controlled chamber. First of all, a hydrodynamic study, conducted in a solid particles flow-free cylindrical fluidization column, is initiated to determine the fluidization and de-aeration characteristics parameters, required to the flows understanding and modeling: Minimum fluidization and minimum bubbling rates. Minimum fluidization and minimum bubbling voidages. Dense phase voidage. De-aeration and sedimentation rates. Then, the geometric (upward-flow zone diameter, horizontal chamber length, …) and operating (horizontal chamber fluidization rate, degassing policy, …) parameters influences on two pilot-scaled unities behavior highlights the process key parameters: Horizontal chamber fluidization rate. Degassing policy. Upward-flow additional aeration. The use of helium tracking also highlights the gas transfer phenomena between horizontal, vertical upward, and vertical downward flow zones. Finally, a monodirectional model is created in order to simulate dense gas/solid suspensions behavior in vertical upward and downward flows. The computed results are concordant with the experimental data and highlight the upward solid conveyance mechanisms. The computation software can also optimize the downward pipe dimensions with the aim of maintaining a good flow.