Etude expérimentale et numérique du soutirage des particules d'un lit fluidisé. Application au cas industriel du FCC.

Nadine Le Bolay

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et de l'Environnement JURY Nadine Le Bolay Gilles Flamant Khashayar Saleh Régis Andreux Gilles Ferschneider Mehrdji Hemati Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse Directeur de Thèse : Mehrdji Hemati Présentée et soutenue par Edgar TAVARES DOS SANTOS Le 12/03/2010 Titre : Etude expérimentale et numérique du soutirage des particules d'un lit fluidisé. Application au cas industriel du FCC.

• solid dense


• modélisation des écoulements diphasiques


• collègues de l'école d'ingénieur et du cyclisme


• débit d'aération


• verticaux descendants de particules


• écoulement denses


• porosité de la phase dense

Sujets

• Prevost
• Molinier
• Flamant
• Université de Toulouse
• Tavares

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Nombre de lectures: 126
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

THÈSE

En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l’InstitutNationalPolytechniquedeToulouse
Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et de l’Environnement


Présentée et soutenue par EdgarTAVARESDOSSANTOS

Le 12/03/2010

Titre : Etudeexpérimentaleetnumériquedusoutiragedesparticulesd’unlitfluidisé.
ApplicationaucasindustrielduFCC.

JURY
NadineLeBolay
GillesFlamant
KhashayarSaleh
RégisAndreux
GillesFerschneider
MehrdjiHemati


Ecole doctorale : Mécanique,Energétique,GénieciviletProcédés
Unité de recherche : LaboratoiredeGénieChimiquedeToulouse
Directeur de Thèse : MehrdjiHemati

Résumé

Résumé
L’objectif de cette étude est de comprendre et de modéliser la phénoménologie du transport
vertical dense descendant de particules de la classe A de la classification de Geldart. Dans un premier
temps, une étude expérimentale est réalisée sur une maquette en statique (absence de circulation de
solide) dans le but de déterminer expérimentalement l’effet des paramètres opératoires sur les
grandeurs caractéristiques de la défluidisation des particules de FCC : vitesses de sédimentation,
porosité de la phase dense, temps caractéristiques…. Ces données sont nécessaires pour l’étude de
l'écoulement gaz/solide dense vertical descendant. La simulation numérique en 2D de la défluidisation
est effectuée et les prédictions sont comparées aux données expérimentales.
Dans un deuxième temps, des essais sur une maquette permettant de reproduire les phénomènes
observés industriellement dans les écoulements denses verticaux descendants de particules sont
entrepris. Les observations visuelles complètent les mesures de pressions locales obtenues le long de
l'écoulement à différentes conditions avec et sans injection de gaz d'aération. L’étude expérimentale
consiste à :
- déterminer les limites des différents régimes en termes de débit surfacique de solide et de
débit d'aération ;
- établir les propriétés de l'écoulement dans les différents régimes.
Dans un troisième temps, les propriétés des écoulements de différents régimes sont étudiées et
modélisées par une approche monodirectionnelle du type bulle-émulsion.
Abstract


Abstract
The objective of this study is to understand and model the phenomenology of the vertical
downward dense transport of class A particles of the Geldart classification. Initially, an experimental
study is conducted on a static fluidized bed (no flow of solid) in order to determine experimentally the
effect of operating parameters on the defluidization properties of FCC particles, such as, sedimentation
rates, dense phase porosity, characteristic times ... These data are needed to study gas/solid dense
downward flow. 2D numerical simulations of defluidization are performed and the predictions are
compared with experimental data. In a second step, experiments are undertaken in a pilot unit able to
reproduce the gas/solid dense downward flow phenomena observed in industrial units. Visual
observations complement the local pressure measurements profile obtained for the different flow
conditions with and without external injection of gas. The experimental study is conducted to:
- determine the boundaries of different flow patterns in terms of solid mass flux and gas
flowrate;
- establish flow properties in different flow patterns.
Finally, flow properties of the different patterns are studied and modelled by a mono-
dimensional bubble/emulsion approach.




Remerciements

On laisse toujours le plus difficile pour la fin. Remercier tous ceux qui ont contribué à
l’aboutissement de cette thèse sans oublier personne n’est pas facile…

Je remercie Mehrdji Hemati, mon directeur de thèse, de m’avoir accueilli dans son équipe
pour réaliser cette thèse. Pendant ces trois années de thèse j’ai beaucoup appris à ces côtes, mais je
tiens surtout à le remercier pour les derniers six mois de travail ensemble qui m’ont permis de
consolider les connaissances acquises.
Je remercie également Gilles Ferschneider, promoteur de l’IFP, pour sa contribution pendant
le séjour de neuf mois à l’IFP. J’ai beaucoup apprécié travailler avec lui et j’ai beaucoup appris sur la
modélisation des écoulements diphasiques. Je tiens aussi à le remercier par sa disponibilité et son
soutien.
À Régis Andreux, co-encadrant, que m’a tout appris concernant la CFD et l’utilisation du
logiciel Fluent, merci.
Je souhaite aussi remercier Gilles Flamant (PROMES - CNRS) et Khashayar Saleh (Université
de Technologie de Compiègne) d’avoir accepté de rapporter ce travail. Je veux aussi remercier Nadine
Le Bolay (Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse) d’avoir accepté de présider le jury de ma
thèse.

Je tiens à remercier l’équipe technique du Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse, en
particulier à Michel Molinier et Etienne Prévost, sans laquelle la réalisation de cette thèse aurait était
impossible. En effet, la taille importante de l’installation demandait un investissement personnel des
techniciens très important. Ils ont répondu toujours présents et m’ont apporté leur aide, de précieux
conseils et surtout leur sympathie.


Je remercie également les doctorants du LGC, en particulier : Amélie (et Nicolas D), Félicie,
Ilyes, Laurie, Mallorie, Nicolas AC, Zoé (et Yoan), pour leur soutien et surtout leur patience.

Un clin d’œil à tous mes collègues de l’école d’ingénieur et du cyclisme, en particulier : Ana,
Céline, Cristina, David, Guigui, Julien, Lúcia, Marisa, Marlène, Tiago, Ticha e Terras.

A toute ma famille, mes parents et ma sœur qui ont toujours été présents et m’ont toujours
soutenu. De tout mon cœur : merci !
Table des Matières

Table des Matières
TABLE DES MATIERES .................................................................................................................................... 1
NOMENCLATURE.............................................................................................................................................. 5
INTRODUCTION GENERALE ......................................................................................................................... 9
CHAPITRE I : PRESENTATION DU SUJET DE L’ETUDE ....................................................................... 13
1 CONTEXTE DE L’ETUDE .................................................................................................................................. 17
2 PRESENTATION SUCCINCTE DU PROCEDE DU FCC .......................................................................................... 17
3 PROBLEMATIQUE INDUSTRIELLE..................................................................................................................... 20
4 PROBLEMATIQUE SCIENTIFIQUE...................................................................................................................... 21
5 OBJECTIFS ...................................................................................................................................................... 23
CHAPITRE II : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ..................................................................................... 27
1 ECOULEMENTS EN STANDPIPE : GENERALITES ................................................................................................ 31
1.1 Définition................................................................................................................................................ 31
1.2 Rôle du standpipe................................................................................................................................... 31
1.3 Paramètres caractéristiques................................................................................................................... 33
2 PHENOMENOLOGIE DES ECOULEMENTS GAZ/PARTICULES DENSES DESCENDANTS .......................................... 35
2.1 Caractérisation des régimes d’écoulements........................................................................................... 35
3 RESULTATS EXPERIMENTAUX SUR LES ECOULEMENTS EN STANDPIPE............................................................. 41
3.1 Etude de la défluidisation en lits fluidisés discontinus........................................................................... 41
3.2 Résultats en unités pilotes : étude des écoulements en standpipe ...........