Étude de l'essorage en vue d'assister thermiquement le procédé

Bérengère Léger

Description

Sous la direction de Jean-Rodolphe Puiggali
Thèse soutenue le 19 décembre 2008: Bordeaux 1
Le couplage du procédé essorage séchage présente de multiples avantages : l’apport thermique pouvant aider les filtrations difficiles, le mouvement rotatif de l’essoreuse homogénéisant le champ électromagnétique et donc le chauffage. Nous avons retenu le modèle d’écoulement diphasique en milieu poreux le plus général et le plus complet, il s’agit du modèle de Darcy généralisé. Cependant, nous avons modifié la formulation du modèle proposée par Wakeman et Vince (1986). La formulation en pression que nous proposons respecte la cinétique de drainage et permet d’introduire deux paramètres importants dont l’un deux est la résistance hydraulique du média filtrant. Afin de vérifier la validité du modèle proposé, nous avons fait des essais expérimentaux sur une colonne de billes de verre en drainage gravitaire et sur une essoreuse instrumentée. Les cinétiques de drainage simulées et expérimentales sont en bon accord. Nous pouvons donc déterminer les cinétiques d’essorage et ainsi nous pouvons savoir à quel moment il est judicieux de démarrer le chauffage micro-ondes pour terminer la déshydratation.
-Essoreuses centrifuges
-Couplage essorage séchage
-Drainage gravitaire sur un milieu poreux
-Micro-ondes
abstract
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13756/document

Sujets

• Micro-onde

Informations

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Extrait

N° d’ordre : 3756





THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES DE L’INGENIEUR
Par
Bérengère LÉGER

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : MÉCANIQUE ET INGÉNIERIE

ÉTUDE DE L’ESSORAGE EN VUE D’ASSISTER
THERMIQUEMENT LE PROCÉDÉ

Thèse dirigée par Jean-Rodolphe Puiggali

Soutenue le 19 Décembre 2008


Après avis de :

Mme MIETTON-PEUCHOT Martine, Professeur des Universités, Bordeaux II Rapporteur
M ANDRIEU Julien, Professeur des Universités, Lyon I Rapporteur
M. VAXELAIRE Jean, Maître de conférences, LaTEP-ENSGTI, Pau Rapporteur

Devant la commission d’examen formée de :

M. JOMAA Wahbi, Professeur des Universités, Bordeaux I Président
M. GINISTY Pascal, Responsable Etudes et Recherche, IFTS, Foulayronnes Rapporteur
M. COUTURIER Stéphane, chef de projet, Veolia, Annet sur Marne Examinateur
M. PUIGGALI Jean-Rodolphe, Professeur des Universités, Bordeaux I Examinateur
Mme MIETTON-PEUCHOT Martine, Professeur des Universités, Bordeaux II Examinateur
M ANDRIEU Julien, Professeur des Universités, Lyon I Examinateur
M. VAXELAIRE Jean, Maître de conférences, LaTEP -ENSGTI, Pau Examinateur

Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement
Remerciements

Je souhaite tout d’abord remercier Monsieur Jean-Rodolphe Puiggali pour m’avoir
accueilli au sein du laboratoire TREFLE dont il était directeur lorsque j’ai débuté ma thèse, et
pour avoir accepté d’encadrer mon travail en tant que directeur de thèse. Je remercie
également Monsieur Eric Arquis, directeur actuel du TREFLE.

J’exprime ici toute ma gratitude à Mme Martine Mietton-Peuchot Professeur à
l’Université Bordeaux II, ainsi qu’à Messieurs Julien Andrieu Professeur à l’Université Lyon
1, et Jean Vaxelaire Maître de conférence au LaTEP ENSGTI de Pau pour avoir examiné mon
travail.

Je remercie également Stéphane Couturier chargé de la Recherche et du
Développement jusqu’en 2007 à l’IFTS et Pascal Ginisty, responsable Etudes et Recherche à
l’IFTS pour avoir suivi mon travail au cours de ces trois années et pour avoir participé au jury
de ma thèse.
Je remercie Marc Valat pour son investissement tout au long de ce travail. Qu’il trouve
ici l’expression de ma plus grande reconnaissance et amitié. Je remercie aussi Wahbi Jomaa
pour la qualité de son encadrement scientifique et le temps qu’il m’a accordé en particulier
pour débuguer certains codes. Leur soutien permanent m’a permis de réaliser ce travail de
thèse dans des conditions plus qu’agréables.

Une partie de ce travail a été menée à l’IFTS, et n’aurait pu être mené à bien sans le
personnel réactif et compétent de l’IFTS. Je remercie particulièrement Frédéric Lantin du
Bureau d’Etude, pour la conception des diverses pièces innovantes qui instrumentent
maintenant l’essoreuse. Je remercie aussi Denis Catala à la métrologie pour son aide précieuse
apportée pour l’instrumentation de l’essoreuse.
Je remercie Marian, Cédric et Aurélien, techniciens à l’IFTS pour leur aide et leur
amitié.

Je remercie également Dimitri Jaupart et Alain Ochsenhofer techniciens de l’ENSAM
et du TREFLE pour la réalisation de certaines pièces destinées à instrumenter l’essoreuse.

Merci à Sylviane Boya, comptable, Muriel Bore, secrétaire et Marian Antos, Ingénieur
informaticien pour leur gentillesse.

Je tiens à exprimer toute ma sympathie à mes camarades de thèse pour tous les bons
moments passés ensemble au laboratoire ainsi qu’à l’extérieur : Jérôme, Zoubir, Samuel,
Christophe, Jean-Luc, Matthieu, Vincent M., Vincent S., Vladimir, Mario, Malik, Olfa,
Vanessa, Andrzej, Cécile, Julien, Essam, etc…

Enfin je tiens à remercier pour leur amitié et leur soutien : Damien Leinekugel (que je
remercie pour avoir relu deux chapitres de ma thèse) Damien E., Mathieu, Thibaut, Alex,
Claudia, Céline, Caroline, Isabelle, mes parents, et tout particulièrement Roger, Rosy, Patrick
et Cathy qui m’ont toujours soutenu.
SOMMAIRE

Introduction générale…………………………………………………………………… 1

Chapitre 1 : Synthèse bibliographique………………………………………………….. 4

I.1. Description du procédé et des suspensions…………………………………………. 5
I.1.1. Les étapes d’un cycle d’essorage centrifuge…………………………………. 5
I.1.2. Difficultés de séparation liées aux produits à traiter…………………………. 6
I.1.2.1. Effet de la taille des particules……………………………………….. 7
I.1.2.2. Effet de la distribution de taille de particules………………………... 7
I.1.2.3. Effet de la forme des particules……………………………………… 8
I.1.2.4. Nature du fluide……………………………………………………… 8
I.1.3. Les essoreuses………………………………………………………………... 8
I.1.3.1. L’essoreuse à fonctionnement discontinu ou semi continu………….. 10
I.1.3.2. L’essoreuse à siphon rotatif………………………………………….. 10
I.1.3.3. L’essoreuse à fonctionnement continu………………………………. 11
I.1.3.4. Les buses d’alimentation…………………………………………….. 11
I.1.4. Les procédés hybrides……………………………………………………….. 12
I.1.4.1 Déshydratation mécanique couplée à un champ électrique et/ou
acoustique…………………………………………………………….. 12
I.1.4.2. Déshydratation mécanique couplée à un apport thermique………….. 13
I.1.4.3. Procédés hybrides de séparation liquide-solide pour produits
spéciaux……………………………………………………………... 14
I.1.5. Le chauffage par micro-ondes……………………………………………….. 14

I.2. Physique des procédés de filtration et de drainage…………………………………. 16
I.2.1. Filtration……………………………………………………………………... 16
I.2.1.1. Initialisation de la filtration………………………………………….. 16
I.2.1.2. Formation du gâteau…………………………………………………. 16
I.2.1.3. Phénomènes de compression du gâteau de filtration………………… 17
I.2.2. Drainage……………………………………………………………………… 18
I.2.2.1. Effets capillaires……………………………………………………... 19
I.2.2.2. Mobilité d’une phase par rapport à l’occupation de l’espace poral
de l’autre phase………………………………………………………. 19

I.3. Description des modèles existants………………………………………………….. 19
I.3.1. Filtration Sédimentation / Compressibilité…………………………………... 20
I.3.1.1. Bases de la filtration sur support……………………………………. 20
I.3.1.2. Loi de Darcy………………………………………………………… 21
I.3.1.2.a. Filtration frontale………………………………………….. 21
I.3.1.2.b. Filtration centrifuge……………………………………….. 22
I.3.1.3. Résistance du média filtrant………………………………………… 22
I.3.1.4. Sédimentation……………………………………………………….. 24
I.3.1.5. Compressibilité du milieu poreux…………………………………… 27
I.3.1.5.a. Concept de pression solide………………………………… 27
I.3.1.5.b. Compressibilité en filtration centrifuge…………………… 28
I.3.2. Drainage……………………………………………………………………… 31
I.3.2.1. Modèle capillaire...………………………………………………….. 32
I.3.2.2. Modèle du film……………………………………………………… 34 I.3.2.3. Modèle issu de l’approche de Darcy généralisé…………………….. 34
I.3.2.3.a. Pression capillaire et perméabilité relative………………... 36
43 I.3.2.3.b. Détermination de la pression d’entrée p ……………….. b

I.4. Conclusion………………………………………………………………………….. 45

Chapitre II : Quelques aspects de modélisation : filtration centrifuge – drainages
gravitaire et centrifuge……………………………………………………. 47

II.1 Modèles de filtration centrifuge……………………………………………………. 48
II.1.1. Cas de la formation de gâteaux compressibles……………………………… 48
II.1.2. Cas de la formation de gâteaux incompressibles……………………………. 49
II.1.3. Résultats numériques………………………………………………………... 51

II.2. Modèles de drainage gravitaire et centrifuge……………………………………… 58
II.2.1. Modèle de Darcy généralisé………………………………………………… 58
II.2.2. Drainage gravitaire, imp