Identification des mécanismes mis en jeu lors de la déshydratation assistée thermiquement par suivi de la pression de pores, Identification of the physical phenomena involved during thermally assisted mechanical dewatering by pore pressure measurement

De
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Sous la direction de Patricia Arlabosse
Thèse soutenue le 02 décembre 2009: INPT
Ce travail s'intéresse a` l'identification des mécanismes physiques en jeu lors de la déshydratation assistée thermiquement. Une cellule de filtration/compression a été instrumentée avec des capteurs de pression liquide. Ces mesures permettent de suivre la formation du gâteau de filtration, sa consolidation puis les évolutions thermomécaniques induites par l’apport de chaleur. Sous l'effet du chauffage, elles montrent l'apparition d’un gradient de pression liquide, qui induit un écoulement additionnel. Un modèle mathématique est ensuite proposé. Des caractérisations en cellule de compression/perméabilité sont utilisées pour de´terminer les lois d'évolution des propriétés du milieu poreux. Le modèle permet de retrouver les évolutions des grandeurs macroscopiques et locales mais pas les cinétiques. Ceci a été attribué au modèle de déformation du milieu poreux choisi.
-Milieu poreux
-Pression liquide
-Déshydratation mécanique
-Perméabilité
-Intensification thermique
In the scope of thermally assisted mechanical dewatering process, this work focuses on the identification of physical mechanisms involved in the thermally assisted mechanical dewatering. Operating conditions ensure that the water is expelled in liquid phase. An experimental study on talc and cellulose saturated suspensions highlights the gains in terms of final dry solid contend involved by the thermal intensification. The filtrationcompression test cell is instrumented with pore liquid sensors along the cake thickness that allows to measures the pressure of the interstitial liquid phase. Obtained data highlight an increase of the liquid pressure in the heated side of the cake during thermally assisted mechanical dewatering. Indeed, as the temperature increases the water density decrease. As the cake consolidation restricts the flow a liquid pressure gradient reappears inside the cake. As the temperatures on the filter side of the cake increase, the thermally induced liquid pressure gradient vanishes with an additional filtrate outflow. In order to measure the porous media properties a compression-permeability cell has been build. This apparatus allows permeability measurement to be conducted for different temperature and loading on the porous media. A physical model including the thermal pressurization has been implemented in COMSOL Multiphysics in order to simulate the process. The model confirms the thermal pressurization occurring during thermally assisted mechanical dewatering, but because of deviation in the calculated mechanical behavior and temperature of the porous media, the model can’t depict the experimental additional filtrate outflow.
-Porous media
-Liquid pressure
-Mechanical dewatering
-Permeability
-Thermal Intensification
Source: http://www.theses.fr/2009INPT041G/document
Publié le : lundi 19 mars 2012
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THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie des procédés et de l’environnement


Présentée et soutenue par Étienne Chantoiseau
Le 2 décembre 2009

Titre :
Identification des mécanismes mis en jeu lors de la déshydratation
assistée thermiquement par suivi de la pression de pore s

JURY

W. Jomaa Professeur, Université Bordeaux 1 rapporteur
J. Vaxelaire Professeur, Université de Pau et des pays de l’Adour rapporteur
L. Tadrist Professeur, Université Aix – Marseille 1 président du jury
A. Nzihou Professeur, École des Mines d’Albi Carmaux membre du jury
M. Quintard Directeur de recherche, IMFT membre du jury
P. Arlabosse Maître assistant, École des Mines d’Albi Carmaux directrice de thèse

Ecole doctorale : MEGeP
Unité de recherche : RAPSODEE (FRE 3213)
Directrice de Thèse : Patricia Arlabosse
JeremercieMadamePtiensamerciatriciafamilleArlabfaosse,untoutt,d'abetordBloacpd?pannagesourquim'a?vthalieoirdecon?leceMARpromercijetedeClauderecourherc?heles,remercieretth?sesLaurenurtoautresudeuxttroispendanourSansleBernardsuivileursdetsmteconPtraourvlaailourquiaelm'aprespal?rieermisethdefoisprendrec?duresleersonnel,reculonn?cessaireAlbidansetlesenmomenWtsgranddiciles.pJ'aiBrice,?norm?menquitpappristiensenpastraann?es,vstaillann'entpaetvpecetelleauxauUncoursauxde:cesS?vtroisetannccart?es.analysesJeptienseille,?oussinremercierfr?quenMonsieurMicJeaneiroVsuraxelaireUnMa?tre?deeconf?rencea?secr?tairesl'ENSGTItde?Pdesaues.etplusMonsieurtiensWceuxahpbis?jourJomaaplusProfesseurleur?amiti?.l'ENSAMourde?Bordeaux,Devriendt,petouro.aaussivctoranoirleuraccept?endDamien,'?treetlestrappmomenorteurstdeEnn,maremercierth?se.neMesvuremerciemencestsdonvneond?mentousaussipas?eMonsieurtout.Loun?sAuducTDenisadristTYProfesseurour?suggestionsUnivleurersit?ided'Aixmomen-critiques.Marseillegrand1,aussiMonsieurautresMichnicienshelCelineQuinhon,tarderineDirecteuratrydePhilippre-Acphercleshe?CNRSire?ourl'IMFTvetJeanMonsieurPAngepNzihoulesProftseetsseurk?Rib?colepdesl'aideMineslad'Albise.CarmauxgrandpaussiourVl'inV?rest?r?ttqu'ilslisonbtPlouardmanifest?ecacespm'onourplusieursceguidtradansvm?andresailpro.administrativJeSurtiensplan?pexprimerjema?reconnaissancetous?quiMonsieurtJacqueermissceFsurAd'?treGqu'uneES,paranciensoutiendirecteurleurduJecenptrecelaRAPSODEE,particulierderemercierm'atvElsaoireissaccept?NadansLyczksonUnlabmercioauxratoiredoetts?ourMonsieurencouragemenAlainetdeparticulierRycJulien,klesdeChristelle,m'yCl?menceam'onvoertoirgrandgard?.tJeendantienscesaussians.?jerem?emarcierquitoutm'aleassezppersonneltdutroiscenmaistretpsoutienours'eleurpasdispti.onibilit?vetjeleurseraissoutien,l?etjplusremercieparticuli?remenourtiTable des matieres
.47.ec.desmilieu.T.able.desenmati?res27iii.1.In.tro.ductionc1.1.1ductionG?n?ralit?s.sur2.2.2les.op.?rationsydratationde.s?.pa.rationtions.ransfert...........en...21.........du.phases.?quations1.1.2.Prothermiquec?d?.de.d?s.h.ydratation.m?caniquel'?nergie...2.3.2.la...................Couplages.masses...46......3.1.3InIn.tensication.de.la.d?sh.ydratation.m?canique....orm.de.les...22.es.oreux.......In.la..6.1.4.P.osit.ion.nemen.t.des.tra2.3.1vortaux........d.propri?t?s.a.temp.2.4.c...............2.4.1...............449v2transfertsAsp.ects.th?oriques.de.laProbl?matiquesd.?sh.ydratation.m?canique.assis.t.?e.thermi-.quemen2.2.1ttro13.2.1.Comp.ortemen.t.de.la.phase.liquide..............21.F.ulation.transfert.forces.tre.deux.......2.2.3.constitutiv.du.p..14.2.1.1.Bilan.des.forces.par.la2.3loitensicationdedeDarcyd?sh.m?canique................................14.2.1.233QuanM?thoticationd'appdedelathermiquep.erm?abilit?..........34.Mo.ica.des.de.matrice.v.la.?rature.41.T.de.haleur..18.2.1.3.Conserv.ation.d.e.la.mati?re............43.G?n?ralit?s..............................202.4.22.2aCompeortemenlestdede.la.phase.solide..........2.5.mises.?vidence.......................iiiTABLEDESMA...TI?RESObserv3.D?te.rminaptresion3.5.1.4des.propri?t?s.desltrationmilieuxCarvp3.5oreux.49.3.1.Caract?risation3.5.2desmop.oudres.anh.ydres4.........m?canique.......sur.....dynamique...........sur....50.3.1.1.Caract?risationsist?edes.propri?t?s98ph.ysiqueslades.solides......de.p.tales.....M?tho51.3.1.2.Caract?risation.desl'?quilibrepropri?t?s.thermiquesDynamiquedes.solides..temp...la.....des..52.3.2deProto.coledede.misedeenlasusp.ensions..............d?sh.97.......?rimen.....98.install?............53.3.3.Celluledesdeortemencompressionmp78erm?abilit?exp...........78.de...........3.5.1.2.?tats.......79.la..55.3.3.1.Princip.ededesurfonctionnemen.t..d?lisation...........3.5.3.m?tres.........3.5.3.1.param?tres.....3.5.3.2.param?tres.....3.5.3.355temp3.3.2dynamiqueInstallationformationexp.?rimen.tale........3.6...................de.m?canique.miquemen.Cellule..........56.3.3.3InstallationCaract?risation.de.l'in.sta.llation....Caract?risation.de.la...............101.erm?abilit?............61753.3.3.1D?terminationR?gulationloisdcompetladespressionilieuxsolideoreux.3.5.1.ations.?rimen......................613.5.1.13.3.3.2deR?gulationmesud.e.la.pression.liquide............78.Mesures.les.?........62.3.3.3.3.R?sistance.des3.5.1.3m?diasdeltrand?formationts..............81.Inuence.la.?rature.la......64833.4MoMesurededd?formatione.la.p.erm?abilit?.des.milieux.p.oreux....86.Estimation.para.du.d?le...............88.D?termination66s3.4.1?lastiquesProto.cole.de.mesure..88.D?termination.s.visqueux.........90.Inuence.la.?rature.la.de.d?-....................66.3.4.2.Calcul.de94laConclusionp.erm?abilit?.du.milieu.p.oreux........................9668?tude3.4.3laPydratationerm?abilit?asdestherg?teauxtconsolid?s4.1.de.compression.......................4.1.1.exp.tale..6.9.3.4.4.Eets.de.la.temp.?rature.sur.la.p4.1.2erm?abilit?de.cellule.ltration-compression.dans.presse.er..............73.3.4.5.F.orm.ulation.empirique.de.laivTABLEDESMA.?lisat.TI?RESassist?e4.1.2.1.Application.ddee5.1.1la.pression..D?nition.....de.......d?le...e.......du......101.4.1.2.2duD?termination.de.la.r?sistancematricedudum?dia.ltran.t........ulation103.4.1.2.3moD?terminationR?solutiondes.conditionsobservthermiques.aux.parois.....104.4.2.Mesure.de.la152pression5.1liquide......ion.....136.d?for...Mo.haleur.............du.....Sim.......de10.5.4.2.1d'enInstallation.exp.?rimen.tale....5.2.6.....1.....5.2.7.1...............um?rique.....Mo......105ydratation4.2.2tPr?cisionormdesd?lemesures..........d.l'?coulemen...........Mo.de.de.....143.?lisat.de.........5.2106um?rique4.3.?tude.exp.?rimen.tale.de.la.d?sh5.2.1ydratationd'?tudem?canique.assist?e.thermique-.men.t147.de.ltration.........5.2.3.l'?tap.........148.v.d.......148.um?rique.............des...........5.2.7.d?le........109.4.3.1.Proto.c.o.le.exp.?rimen5.2.7.2tal............5.3.ulation...........152.?lisat.ltration...........d?sh.m?canique.thermiquemen.135110F4.3.2ulationD?shmoydratationmath?matiquem?canique.?.temp.?rature.am.bian.te......136.Mo.?lisat.de.t..111.4.3.2.1.?tude.ma.c.r.os.copique....5.1.2.d.ion.la.mation.la.solide.........5.1.3.d.ion.transfert.c......111.4.3.2.2.Suivi.de.la.pression144deMopnore..............................146.D?nition115domaine4.3.3.D?sh.ydratations.m?caniques.assist?es.thermiquemen.t........5.2.2.ulation.l'?tap.de122.4.3.3.1.Mise.e.n.?vidence.de.l'inuence.de.la147tSimedemepcompression?rature.sur.les.grandeurs.macroscopiques........5.2.4.des.ariables.tr?e.u.d?le.............5.2.5.n122.4.3.3.2.Caract?risation.des.transferts.d.e.c.haleur.dans.les.milieux.p149oreuxCalcul.grandeurs.ables...................49.R?capitulatif.mo.math?matique...............151.ltration........125.4.3.3.3.Inuence.de.la.temp.?rature.?.l'.?c151hellecompressionlo.cale.............128.4.4.Conclusion.su.r152l'?tudeR?sultatsexpsim?rimenntale......................5.3.1.d.ion.la............132.5.Mo.d?lisation.de.lavTABLEDES197..MAcalculTI?RESur5.3.1.1BibliographieGrandeursImacroscopiques......Conclusions.T.?rature.ss.en.....169.de.....e.sym.191152Inuence5.3.1.2thermo-phGrandeursdesmicroscopiquesD?termination.pre.XV...........Conclusion.mo.?ration.......172.p.es.Liste154oles5.3.1.3des?tudedesdeendicessensibilit?laauxlesparam?tresdeduImoded?leliquidedetransitions,lterationsion155de5.3.2.Mo.d?lisation.de.la.compress.i.on.?.temp.?rature.am5.4bianstela.d?lisation.l'op......159.5.3.3.Mo.d?lisation.de.la6compressetiersponctivassist?e175thermiquemen181tdes.b.187.able.gures.Liste164tableaux5.3.4App?tudeIdedesensibilit?tempauxsurparam?trespropri?t?sduysiquesmol'eaud?leIpEtalonnageendancapteurstprelaionphaseVdedescompressionet.d.la.s.solide.d?but.consolidation.viChapitre 1
Introduction
1.1 Generalites sur les operations de separation
dea?rature)latend?sc?d?sconsommation-3vjorit?solidestlephasequidescassonen?nergiedecesdesconsommer://194.117.223.129/servlet/getBinapparvirondeg?n?rale,deLades?parationsolairesolidedeliquides?parationesteutunejusqu'?opin?rationderni?reunitairedispauquecentetrededfnomgurebreuxDepro-processusdeindustrielsenenco?teuxg?nielesdeEnsdoivprominimc?d?s.cSelondeladephase(soitdukm?langelequem?mel'onositifcphercouhec?d?s?(s?cvbassealoriser,ermetteneuerlleglobale.pliquideeutm?caniquea?vquelquesoirionspdeourersebutded'obtenir?rationunelaphase?tansolideOnappauvrieco?tens?parationliquidelaoutsunehphase451158B1159-liquidedonn?esanslasolide.1.1Cette.di?rencemani?resurleslac?phasem?caniquesvs?parationalorisabletvmaamoinsd?terminer,enaquevproecthermiques.deseet,consid?rationsderniers?conomiques,enlesauopum?rationslaunitairhaleuretesvutilis?esorisationetlaleuliquidersenparam?tres626(tempWh.m?raturedansencass?cl'eau),hage,sisurfacedispdusltrer?cu-en?rationltration,.l'?nergie.l'utilisation.pro).pLerticulierschagehoixouesttempconditionn?,penttrediminautres,lapar?nerg?tiquelaLataillesolidedesparparticulesoiesolides,plas'appliquerteneurdesendeliquidemillim?tresnaledessouhait?edansaicasnl'osmosesivque(ceparfaitlacetteconsommationop?nerg?tique.unUnelimite,classicationphaseseloners?elattaillesolution).denotesleparticules?nerg?tiqueformlaanaugmentquandlataillephase?l?mensolideconsti-et.lattpconsommation?name=2785FD9CC77CF1A03FE16A34C?nerg?tique866542431.pest1CHAPITRE1.INTRODUCTIONhdicileunetuanteneurstdeladephaseCelles-cisolideprodimindessusue.agricoleEns?cmoleydeenne,inf?rieureslaobtenconsommationourdessic-proourc?d?sdesm?caniquesal.esteaudekgseuylemmassiqueeduitns?ctt1u?eau50parkm?caniquesWhilpartermy?tre60%cubbed'?purationd'eauduitss?par?e.ouillatFigure1985),1.1:rClassicationbdesdeproparc?d?ss?cdd?nieeourcens?parationmati?resolided'unliquide,kgd'apr?smati?reADEME.he.Ensonbleubienlesaproxc?d?senm?caniquesnales;uesenlesrougec?d?slespprolesquelsc?d?sestthermiques.d'augmenN?anmoins,lalescit?proauc?d?sdethermiquesppdesermettenoueststationd'atteindreoudesproteneursd'origineen(Rebeauet-,nalessoittr?steneufaibles.enOndesobtienouesthesainsi0,6courammend'eautkgdesmati?reteneurshe.en.eaucommedepl'ordretagedede0,1s?ckged'eaupropar2

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