Download - Opérations unitairesGCH 210 – Chapitre 2Jean-Michel Lavoie (Ph.D) Chapitre 2 Écoulements externes

Opérations unitaires GCH 210 – Chapitre 2 Jean-Michel Lavoie (Ph.D)

Chapitre 2

Écoulements externes


Références

• Unit Operations of Chemical Engineering par W.L. McCabe, J.C. Smith et P. Harriott (7ième édition)

• Chapitre 7

Ces acétates ont été créées suivant une adaptation des notes de cours des années précédentes© R.Toupin, G.Soucy, H.Cabana


Mise en situation

• Jusqu’à maintenant : – Comportement du fluide

• Toutefois:– Intérêt pour solide immergé

• Possibilités:– Fluide immobile – solide mobile– Solide immobile – fluide mobile– À la fois le solide et le fluide - mobiles


Effet sur la compréhension

• Inutile de savoir QUI bouge

• Important de savoir la différence de vélocité


Coefficient de trainée

• Force exercée par le fluide dans la direction de

l’écoulement:

– Trainée

• Quand la parois est parallèle à l’écoulement:

– La seule force de trainée: τw

(contraintes des cisaillement à la parois)


Plaque mince immergée

La seule force de trainée: τw

(contraintes des cisaillement à la parois)


Autrement• Plus souvent:

– Object placé en angle p/r à l’écoulement– On aura donc plusieurs contributions à la traînée– Provenant du τw à différents angles p/r à la parois

• Une autre contribution à la traînée:– Pression du fluide– Dans la direction de l’écoulement

• Trainée totale:– Contribution de la pression et du cisaillement


Trainée reliée à la pression

La seule force de trainée: pression


Coefficient de trainée(Drag coefficient)

• Nous avons parlé de f:– Coefficient de friction de Fannings

• Pour les liquides immergés:– Coefficients de traînée (CD)

2/

/2o

pDD u

AFC

FD: Trainée totaleAp: Surface projetéeUo: Vélocité du fluide approchantρ: densité du fluide

On l’assume habituellement constant


En images


Écoulement autour d’objetsIl y a plusieurs opérations unitaires qui impliquent un écoulement externe tels que:

• Lit fixes (bioréacteurs, résines échangeuses, etc.)

• Lits fluidisés

• Décantation / sédimentation

• Échangeur de chaleur

• Membranes

• Etc...


Géométrie des particules• La géométrie des particules est importante

• Pour les particules autres que sphériques:

– Une dimension caractéristique

– Les autres dimension sont proportionnelles

• Par exemple un cylindre: important c’est d

• Longueur est exprimé en ration L/D


Cyclindres

D

L/D

D L/D

Ap = LDp

Ap = πDp / 4


CD vs. nRe

CD = φ(Rep)

pp

p

DGDu 00Re


Graphique CD en f(x) de Rep

Courbes valables seulement quand l’orientation est maintenue


Comportement des solides

• Lorsqu’un solide tombe par gravité:– Tourne de différentes façons– Modifie le coefficient de trainée– Surtout pour:

• Disques et cylindres

– Pour les sphères• Tombe en spirale


Loi de Stoke

• Pour de faibles nombre de Reynolds– On parle de sous l’unité

• Loi de Stoke s’applique

• Le mouvement de la sphère:– Affecte le fluide même a bonne distance

pDC Re

24


Pour des nRep > 1

• L’écoulement derrière la sphère:– Devient différent– Règle de Stoke ne s’applique plus

• Pour des nRep > 100

• Les remous recouvrent plus de ½ de la sphère• Provoque une tombée de pression importante• Perte en raison de l’E affectée aux tourbillons


Pour nRep 200-300

• Les tourbillons se désengagent du sillage• On forme des ‘rues de Vortex’


nRep élevés

• Coefficient de trainée est presque constant:– 0.40 à 0.50

• Pour:– Rep entre 103 et 105

Encore laminaire


Rep ≈ 300000

• Le point de séparation se déplace:– Il se rend à l’arrière de la sphère– L’angle de séparation passe de 85-140o

– CD passe de 0.45 – 0.10


Coefficient de traînée

ReCRe d 24 :1

Re5.18 :5001 6.0 dCRe

44.0 :000100500 dCRe

Stokes

Intermédiaire

Newton

Trans-critique1.0C :000100 dRe

Rep = Dp uo ρ / μ

Pour des objets sphériques


Trainée de forme et aérodyanisme• La trainée due à la forme peut être minimisée

– On force la séparation vers l’arrière de l’objet

• Aérodynamisme:

– Permet ceci:

• L’augmentation graduelle de pression

• Dans la couche limite

• Évite la séparation


Point de stagnation

A

• Le fluide est séparé en deux

– Une partie en bas l’autre en haut

• Au centre se trouve le point non divisé

– Point de stagnation


Vélocité convertie en pression

• Au point de stagnation:– Énergie cinétique– Convertie en énergie de pression– On fait abstraction de la friction

2

200 upps

Ps: pression de stagnationP0: pression du fluide inaltéréU0:Vélocité du fluide inaltéréρ = densité du fluide


Écoulement – lit de solide

• Situations ou ceci s’applique:– Filtration– Écoulement 2 phases contre-courant

• Dans les filtrations:– Lit de solide:

• Petites particules enlevées par tamis ou papier filtre

• Autre exemple:– Lit fluidisé


Lit de particules

• La résistance à l’écoulement:– Lit de particules– Sommation de trainée de toutes les particules

• Dépend aussi:– nRe– DpG0/μ

– Écoulement laminaire, turbulent…– Trainée de forme, séparation et sillage


Tombée de pression• Calculer la tombée de pression dans un lit:

– Estimer la trainée totale de toutes les particules

– Dans les canaux tortueux formés

• La canaux sont:

– Irréguliers

– Ont des diamètres variables

– Sont interconnectés


Calculer les canaux

• On estime:– Le lit a plusieurs canaux– Ces canaux sont équivalents

• La surface totale:– Surface par particule– Multipliée par le nombre de particules

• Mais plus facile:– D’estimer en fonction du volume


Fraction volumique des particules

Sphère

Ratio Surface-Volume

2pp Ds 3

6

1pp Dv

3

2

61

p

p

p

p

D

D

v

s

pp

p

Dv

s 6


Autres particules

• Peu importe la particule:– On inclut un paramètre de sphéricité:

Φs

• Ratio surface/volume:– Sphère de diamètre Dp

– Divisé par le ratio surface-volume pour un particule de diamètre nominal Dp


Équations reliées à Φs

p

p

ps

vs

D6

psp

p

Dvs

6

Valeurs de sphéricité, voir Tableau 7.1 p. 164


ε

• Représente la porosité des cavités

• Pores généralement trop petits:

– Pour permettre un écoulement à travers

• Incidemment:

– ε est l’absence de matière à l’extérieur

– Et non le total des porosités


Diamètre équivalent

• Dans un lit de particules:– Il est pensable de calculer le Déq

• Pour le calculer on considère:– n canaux parallèles– L est la longueur des canaux

• On le considère:– Équivalent au ratio surface-volume– Multiplié par le volume de la particule


Déq

pséq D

LSLDn

6

)1(0

LDnLS éq2

0 4

1

Le volume vide est le même que le volume total de n canaux

)1(3

2

pséq DD

En combinant les deux équations


Vélocité moyenne

0u

V

• La vélocité est maintenant exprimée en termes que nous pouvons mesurer

• Il est possible d’ajuster pour:• Éqn. de Hagen-Poiseuille


Insertion dans Hagen-Poiseuille

2

2

22

02

)1(

943232

psD

u

D

V

L

p

• λ est inséré comme facteur de correction• Pour combler pour:

• Les canaux ne sont pas linéaires• Non plus que parallèles


Simplifications• Si on simplifie:

• Et comme 72λ = 150 (empiriquement)

3

2

220

2

2

22

02

)1(72)1(

943232

psps

D

u

D

u

D

V

L

p

3

2

220 )1(150

psD

u

L

p

Équation de Kozeny-Carman


Pour un écoulement turbulent

pséq D

uf

D

Vf

L

p

2

)1(32

22

0

2

2

• En simplifiant…

3

202 )1(3

psD

uf

L

p


Pour haut Rep

• Pour Rep > 1000

• Équation de Burke-Plummer

3

20 )1(75.1

psD

u

L

p


Équation de Ergun

• Pratique car:– Couvre tout les rendements d’écoulement– Peut être obtenu en assumant:

• Pertes visqueuses et perte d’énergie cinétique sont sommatives

3

20

3

2

22

0 175.1)1(150

psps D

u

D

u

L

p


Équation de Ergun

• Fonctionne pour:

– Sphères

– Cylindres

– Solides broyés

• Si le lit est soumis à des vibrations:

– Fraction de vide inférieure de quelques %


Pour anneaux de Rashig et Berl

• L’équation de Ergun:– En bas de ce qui est trouvé expérimentalement

• Difficile à estimer et donc:– Tableau 18.1 ou ref. du manufacturier


Mélange de particules

• Deux équations envisageables:

2

1

3

1

pi

n

ii

pi

n

ii

s

DN

DND

pi

n

ii

s

DxD

1

1

Où Ni représente le nombre de particule de chaque taille

Où xi représente la fraction de masse de particule de chaque

taille


Particules dans un fluide

• Mouvement d’une particule dans un fluide:– Dépend d’une force externe– Qui agit sur la particule

• Hypothèse:– Différence de densité– Champ magnétique ou électrique

• Ici:– Gravité et centrifuge


Forces agissant sur une particule

• Les forces externes:– Gravitationnelle ou centrifuge

• Poussée d’Archimède– Agit parallèle aux forces externes– Dans le sens inverse

• Force de trainée– Apparaissant dès qu’il y a mouvement:

• Entre l’objet et le fluide


Particule dans un fluide 1D

Fe

Fb FD

Fluide

Particule

Dbe FFFdt

dum

Masse

Accélération


Fe, Fb et FD

ee maF Fe: Force externem: masse de l’objetae: Accélération de la particule

P

eb

amF

Fb: Poussée d’Archimèdem: masse de l’objetae: Accélération de la particuleρ: Densité du fluideρP: Densité de particule

2

20 pD

D

AuCF

FD: Force de trainéeCD: Coefficient de trainéeu0

2: Vélocité uρ: DensitéAp: Surface projetée de la particule


En combinant / simplifiant

Dbe FFFdt

dum

ee maF P

eb

amF

2

20 pD

D

AuCF

2

20 pD

P

ee

AuCamma

dt

dum

m

AuCa

m

AuCaa

dt

du pD

P

Pe

pD

P

ee 22

220


Si la Fe est g

• On peut donc appliquer cette équation:

– Si la particule est en chute libre verticalement

– Dans un fluide

m

AuCg

dt

du pD

P

P

2

2


Champ de centrifugation

• Dans le cas précédent:– Accélération donnée par g

• Pour un champ de centrifugation:– ae = rω2 (ou r est le rayon du trajet et ω est la

vélocité angulaire (en rad/s).– Ainsi:

m

AuCr

dt

du pD

P

P

2

22


Vélocité terminale

• L’accélération aura tendance à diminuer• En fonction du temps• Approchera une valeur nulle• Particule atteindra une vélocité constante• Aussi appelée vélocité terminale (ut)

• Trouvée quand g est impliquée:– Lorsque du/dt = 0



• Sous l’effet de la gravité (g)

DpP

Pt

DpP

P

pD

P

P

CA

mgu

CA

mgu

m

AuCg

)(2

)(2

20

2

2



• Sous l’effet centrifuge:

– Vélocité dépend du rayon

– L’accélération n’est pas constante:

• Si la particule est en mouvement

• Dans ce cas on va négliger l’effet du/dt

• Nous permettra d’aller chercher ut



• Ainsi:

DpP

Pt

DpP

P

pD

P

P

CA

mru

CA

mru

m

AuCr

)(2

)(2

20

22

22


Estimer CD sans calculs

• La plupart des calculs précédents:– Requiert la détermination de CD

– Peut être reproduit par une courbe

• Courbes à usages limités:– La particule doit être solide– La particule doit être éloignée des autres– La particule doit être éloignée des parois– Elle doit être à ut


Coefficient de trainée


Estimer CD sans calculs

• En réalité:– Particule tombant dans un fluide immobile– Prend + de temps à atteindre ut que prévu

– Si on emploie les équation de CD à l’équilibre

• Aussi:– Même principe si particule dans un écoulement

rapide– Les coefficients de trainée sont inférieur à ce qui est

escompté


Ainsi…

• Pour les processus impliquant:

– Petites particules

– Gouttelettes

• Le temps nécessaire pour atteindre ut

– Petit

– On le négligera


Stabilisation libre

• Quand la particule est à distance appréciable:– Des autres particules– De la parois du conduit

• Sa chute n’en sera pas altérée• On appelle ceci:

– Stabilisation libre

• Si ce n’est pas le cas:– Stabilisation altérée


Minuscules particules• Si les particules sont très petites:

– Apparition du mouvement brownien

• Mouvement aléatoire provenant de collisions:– Entre les particules– Avec les molécules du fluide

• Devient important : particule de 2-3 μm• Encore pire: particule sous 0.1 μm• Le mouvement aléatoire contre g• Stabilisation ne se produit plus


Mouvement particules sphériques

ppDm 3

6

1 2

4

1pp DA

D

pP

D

pP

DppP

ppP

t C

Dg

C

Dg

CD

Dgu

3

)(4

6

)(8

41

61

)(2

2

3


À faible nRe

• Coefficient de trainée:– Inversement proportionnel à Rep

– Ceci apporte des versions modifiées:• CD, FD et ut

pDC Re

24 ptD DuF 3

18

)(2 pp

t

gDu


Pour 1000< Rep < 200000

• À ces valeurs CD:– Approximativement constant

44.0DC

22055.0 ptD DuF

)(

75.1

ppt

gDu


En résuméSphére dans un fluide newtonien

Pour : CD Vitesse terminale

Re<1 K< 2.62 Re

24

18

2pfp gD

1<Re<500 2.62<K<43.5 6.0Re

5.18

71.0

4.06.0

6.1

87.13

gD fpp

500<Re<105 43.5<K<2360

0.441 f

fpgDp

75.1

Re>105

0.1 f

fpgDp

65.3


Critères pour régime stable

• Pour identifier intervalle:– Dans lequel le mouvement de la particule se place– On substitue la vélocité dans le calcul de Rep

– Pour que la loi de Stoke s’applique Rep < 1

– Facteur pour régime stable (K):• Utile pour déterminer quels calculs prévalent

2

3

18

)(Re

pptpp

gDuD


Facteur K3/1

2

)(

p

p

gDK

• Si K représente moins de 2.6• Loi de Stoke s’applique

• Si K représente + de 68.9 mais moins que 2360• Loi de Newton s’applique

18

)(2 pp

t

gDu

)(

75.1

ppt

gDu


Si K > 2360

• Dans un cas où K > 2360

D

pPt C

Dgu

3

)(4


Stabilisation altérée

• Ici le gradient de vélocité de chaque particule:– Altérée par la particule voisine

• Ainsi les corrélations de trainée:– Ne s’appliquent plus

• De plus la particule en se stabilisant:– Déplace le fluide qui s’écoule vers le haut– Rend la vélocité relative du fluide plus grande que

la vélocité de stabilisation


Suspension uniforme

• La vélocité de stabilisation (us)

• Peut être estimée de la vélocité terminale• Équation empirique (Maude et Whitmore)

• L’exposant n:– 4.6 dans le domaine de la loi de Stoke– 2.5 dans le domaine de la loi de Newton

nts uu )(


Stabilisation et montéede bulles et gouttelettes

• Contrairement aux particules solides:– Gouttelettes dispersées liquide et gaz– Change de forme lorsqu’en mouvement

• Trainée de forme aplatit• Tension de surface oppose l’aplatissement• Sinon les gouttelettes et bulles < 0.5:

– Se comportent come des sphères solides


Gouttes

• Les gouttes allant de 1 à plusieurs mm• Par exemple la pluie• Son aplaties dans la direction de l’écoulement• Ainsi:

– Tomberont plus lentement qu’une sphère qui posséderait le même volume

• De façon générale:– Augmentation du diamètre affecte la vélocité


Vélocité en f(x) diamètre


Pour liquides non-miscibles


Réponse du système en fonction de la vitesse superficielle

Le fluide ne circule pas à une vitesse suffisamment élevée pour créer une force

de traînée supérieure à la force gravitationnelle: les particules restent en place.

C’est un Lit Fixe.

Vitesse superficielle “peu élevée”

Le fluide circule à une vitesse suffisamment élevée pour créer, potentiellement

avec la force de flottabilité, une force de traînée supérieure à la force

gravitationnelle: le lit de particules prend de l’expansion. C’est un Lit Fluidisé.

Vitesse superficielle “élevée”


Fluidisation

• Quand un liquide ou un gaz:– Passé à faible vélocité dans un lit de particule– Les particules ne bougent pas– La tombée de pression:

• Équation de Ergun

3

20

3

2

22

0 175.1)1(150

psps D

u

D

u

L

p


Fluidisation

• Si la vélocité du fluide est augmentée:– La tombée de pression augmentera– Tout comme le coefficient de trainée des

particules

• Éventuellement– Les particules se mettront en mouvement– Se retrouveront en suspension dans le fluide


Fluidisation

• Quand une particule est complètement en suspension:– Fluidisation– Lit fluidisé

• Les suspensions de particules:– Se comportent comme des fluides denses

• Si on le penche le liquide reste horizontal• De larges objets pourront flotter à la surface


Conditions pour fluidisation

• Soit le montage suivant:• Tube vertical partiellement remplis d’un

matériel granulaire (ex. cata.)• Tube ouvert en haut• Plaque poreuse au bas pour supporter

le cata.– Sert à laisser passer le fluide– Sert à retenir le catalyseur

• Le fluide (ici air) entre par le bas


Si les particules sont fines

• L’écoulement entre les particules:– Laminaire

• La tombée de pression:– Proportionnelle à la vélocité superficielle

3

2

220 )1(150

psD

u

L

p


Augmentation de la vélocité

• L’augmentation graduelle de la vélocité:– Tombée de pression augmente– Les particules ne bougent pas– La hauteur du lit reste la même

• À une certaine valeur de vélocité:– La tombée de pression comble pour g– Toute augmentation de vélocité:

• Provoque le mouvement des particules


Graph représentatif

Hauteur du lit fluidisé

Tombée de pression

Fluidisation

Si on décroît la vélocité, la hauteur du lit sera + grande que originalement

Si on décroît la vélocité, la tombée de pression sera + petite que originalement

Vitesse de fluidisationminimale


Vitesse de fluidisation minimale• Pour trouver la vélocité de fluidisation

minimale:– On fixe la tombée de pression à travers le lit– Égale à la masse du lit– Par unité de surface de section transversale

• Permettant ainsi:– La poussée d’Archimède du fluide déplacé

Lgp p ))(1(


Aussi

• On change ε pour εM

• On parlera de la porosité minimale de fluidisation

• Ou l’espace vaquant au sein des particules

Lgp p ))(1(

))(1(

pMgL

p


En combinant

))(1(

pMgL

p3

20

3

2

22

0 175.1)1(150

psps D

u

D

u

L

p

3

20

322

0

3

20

3

2

22

0

3

20

3

2

22

0

175.1)1(150)(

)1(

175.1

)1(

)1(150)(

175.1)1(150))(1(

Mps

M

M

M

ps

M

p

MM

M

ps

M

MM

M

ps

M

p

M

M

ps

M

M

M

ps

M

pM

D

u

D

ug

D

u

D

ug

D

u

D

ug


Petites particules

• Pour de petites particules:– On s’occupe seulement de la partie écoulement

laminaire de l’équation de Ergun– Avec Rep < 1

223

1150

)(pS

M

MpOM D

gu


Avec Rep < 103

2/13

75.1

)(

MppS

OM

gDu


Types de fluidisation

• Fluidisation de particules

• Fluidisation bouillonnante

• Fluidisation turbulente

• Lit fluidisés circulant


Fluidisation de particules

• Exemple:– Fluidisation du sable dans l’eau– Le mouvement des particules

devient plus vigoureux proportionnellement à une augmentation de vélocité

– Expansion large mais uniforme du lit à haute vélocités


Fluidisation bouillonnante

• A des vélocités supérieures à u0M:– Le fluide passe au travers du solide en

‘bulles’– Ces bulles sont pour la plupart exemptes

de solides– Les particules bougent aléatoirement– La fraction d’espace libre demeure

toutefois comparable à la fluidisation minimale


Le slugging

• Généralement observé avec colonnes de faible diamètre

• Le bulles peuvent croitre:– Assez pour remplir tout une section

transversale

• On observe alors:– Des bulles qui occupent de grands

volumes– Séparées par des couches de solides


Types de fluidisation

• Quand la vélocité est très supérieure à u0M: – On assiste à une transition:

• Entre les bouillons• Et une phase dispersée

• On assiste a la formation d’un lit dispersé– Avec des petites régions de:

• Hautes densités• Basses densités


Lit fluidisés circulant

• À haute vélocité:– Les particules sont entraînées avec le gaz– Mais on les récupère:

• Cyclone

– On les retourne au bas

• Le volume de solide dans le gaz:– Habituellement faible


Généralités

• Liquides:

– Fluidisation particulaire

• Gaz:

– Fluidisation bouillonnante

• Pas complètement vrai

• Dépend amplement des densités


Expansion des lits fluidisés• Que ce soit pour fluidisations:

– Particulaires– Bouillonnantes

• Le lit prend de l’expansion:– En même temps que la vélocité augmente

• Pour ce qui est de la tombée de pression– Demeure constante

• La tombée de pression aura tendance à diminuer:– Proportionnellement à une augmentation de ε

Lgp p ))(1(


Fluidisation particulaire

• Nous employons l’équation d’Ergun• On la considère adéquate:

– Pour lits légèrement en expansion

22

03

)(

150

1 pSp Dg

u


Hauteur totale

• Il est aussi possible de calculer L– La hauteur totale du lit fluidisé

• En fonction de la quantité d’espaces libre dans le lit particulaire vs. la porosité minimale pour la fluidisation

1

1 MMLL


Fluidisation bouillonnante

• L’expansion du lit provient:– Espace occupé par les bulles (ou bouillons)

• Car:– Les particules denses prennent peu ou pas

d’expansion– Il en ressort l’équation suivante:

Mbbb ufufu 00 )1( Fraction du lit occupé par les bulles

Vélocité moyenne des bulles


Hauteur du lit étendu

• En combinant:

• On obtient:

)1( bM fLL

Mbbb ufufu 00 )1(

0

0

uu

uu

L

L

b

Mb

M


Propriétés physico-chimiques des particules

• Geldart propose de regrouper les solides en 4 catégories:– Poudres fines et cohésives, fluidisation difficile

(cat.C);– Particules fines à fluidisation relativement facile

(cat.A);– Particules à fluidisation très facile (cat.B);– Grosses particules dont la fluidisation nécessite une

vitesse relativement importante (cat.D)


Classe A: les poudres fusantes

• Fluidisation particulaire: forte expansion du lit avec la croissance de la vitesse de fluidisation et apparition du bullage quand la vitesse est nettement supérieure à la vitesse minimale de fluidisation;

• Désaération lente: lorsque la fluidisation est interrompue, ces poudres restent longtemps fluides;

• Tendance au fusage lors de la vidange d’une trémie (écoulement de type fluide à travers l’obturateur).


Classe B: les poudres sableuses

• Fluidisation aggrégative avec une faible expansion du lit tant que la vitesse minimale de fluidisation, à laquelle apparaissent déjà les premières bulles de gaz, n ’est pas atteinte;

• Bulles exemptes de solides qui grossissent rapidement par coalescence;

• Désaération quasi-instantanée lorsque la fluidisation est interrompue.


Classe C: les poudres fines cohésives

• Les forces de surface interparticulaires sont du même ordre de grandeur que les forces aérodynamiques. La conséquence est que ces poudres sont très difficiles à fluidiser et sont le siège de renardages (channeling) pour les lits de grand diamètre et de pistonnages pour les plus petits lits.

• La fluidisation est parfois possible avec un apport mécanique (vibration ou agitation).


Classe D: les poudres granuleuses

• Les particules sont de grande taille, avec un diamètre supérieur au millimètre, ou alors de masse volumique élevée;

• Elles se caractérisent par une vitesse de fluidisation élevée (lits geysers) et une fluidisation turbulente avec « explosion » de bulles en surface du lit.


Propriétés physico-chimiques des particules


Exemples d’application du lit fluidisé

• Séchage par lit fluidisé

• Lit fluidisé granulateur

• Bioréacteur à lit fluidisé


Séchage en lit fluidisé

Le courant gazeux traverse de bas en haut une grille fixe sur laquelle se trouve le produit. La vitesse du

gaz est telle que le milieu à sécher acquiert les propriétés hydrodynamiques d’un fluide.


Séchage en lit fluidisé


Séchage par atomisation et en lit fluidisé

Séchoir à lit fluidisé


Séchage par atomisation et en lit fluidisé (équipement intégré)

Équipement intégrant:• Séchage par atomisation• Séchoir à lit fluidisé• Filtre à manchons


Séchage en lit fluidisé• Avantages:

– Bonne cinétique d ’évaporation du liquide (libre et lié);

– Attrition faible à modérée du solide;– Équipement compact, simple et facile à nettoyer;– Refroidissement possible en fin de séchage;– Élimination possible des fines (envolement);– Fonctionnement continu ou discontinu.


Séchage en lit fluidisé• Inconvénients:

– Le matériau doit être fluidisable, c’est-à-dire pulvérulent et peu humide;

– L’entrainement des fines nécessite un dispositif efficace de séparation solide-gaz;

– La grille de fluidisation est un élément critique de l’ensemble: son encrassement peut nuire au fonctionnement adéquat;

– Il y a un risque d’explosion de poussières lors du séchage sous air de certaines matières.


Lit fluidisé granulateur• Principe:

– On effectue la pulvérisation d’un liant sur (ou dans) un lit fluidisé de séchage.

– Il permet de réaliser plusieurs des opérations suivantes: • Mélange des poudres;• Mouillage permettant une nucléation;• Granulation par coalescence ou par enrobage;• Séchage;• Pelliculage éventuel, suivi d’un autre séchage;• Classification.


Granulation


Types de ParticulesPoudres: Particules primaires, existant individuellement ou adhérant faiblement l’une à l’autre.

«Pellets »: Particules sphériques produites par un ou plusieurs procédés mécaniques.

Granules: Grosses particules issues de l’élargissement progressif des particules primaires jusqu ’au point où leur identité originale n’est plus détectable.

Agglomérats: Particules de taille moyenne issue de l’agglomération de particules primaires. L’identité des particules est encore visible.


Lit fluidisé granulateur– Grande souplesse d’alimentation (solution,

suspension, gâteau, boue, solide fondu);– Grande souplesse de production (taille, forme et

porosité des produits);– Bonnes performances de qualité et de coût;– Opération discontinue (batch) préférable.

Utilisation fréquente dans l’industrie pharmaceutiquepour la fabrication de lots de produits. Un appareil peut permettre le séchage à l’air tiède (50-80°C.) et l’emploi subséquent d’un liant de nature différente de celle des particules.


Lit fluidisé granulateur• Inconvénients:

– Sphéricité médiocre du produit obtenu;– Impossibilité de traiter les poudres cohésives et les

mélanges sujets à ségrégation;– Conduite difficile (know-how requis);– Mauvais rendement thermique (chaleur perdue

avec l’air);– Une matière active présente en faible proportion

doit être ajoutée via le liquide pour obtenir une répartition satisfaisante.


Bioréacteur à lit fluidisé

Download - Opérations unitairesGCH 210 – Chapitre 2Jean-Michel Lavoie (Ph.D) Chapitre 2 Écoulements externes

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