Etude du phénomène de fluidisation de particules solides dans un courant fluide

Thèmes abordés

Etude du phénomène de fluidisation de particules solides dans un courant fluide, lit de sable, air, dépôt, entraînement, écoulement en milieu poreux, phénomène de sédimentation, perte de pression, loi de Kozeny, relation de Kozeny-Carman

Résumé du document

L'objectif de ce travail pratique est d'étudier le phénomène de fluidisation. Cette opération consiste à maintenir en suspension des particules solides (ici un lit de sable) dans un courant fluide (de l'air), sans qu'il n'y ait ni dépôt ni entraînement. La fluidisation est donc atteinte au-delà de l'écoulement en milieu poreux, et avant le phénomène de sédimentation. Les applications industrielles sont nombreuses : séchage, incinération, nettoyage du milieu poreux. La perte de charge, différence de pression entre l'injection et l'atmosphère, sera lue sur des tubes piézométriques. Nous déterminerons également la vitesse minimale de fluidisation umfexp et la comparerons à sa valeur théorique. Ensuite, nous estimerons la dimension des bulles formées ainsi que leur vitesse ascensionnelle expérimentalement et théoriquement. Nous déterminerons la porosité théorique de notre lit de sable. Enfin, nous retrouverons graphiquement la constante de Kozeny hk.

Extraits

[...] Le lit entre en expansion et des bulles se forment. Au-delà de Umax, il y a entraînement. Nous avons reproduit le même mode opératoire avec des débits décroissants. On remarque que les phénomènes se répètent, les courbes ont les mêmes tendances, mais avec des variations de valeurs. Cela s'explique par une déformation de notre lit, provoqué par la précédente fluidisation. [...]

[...] On pose également : ε = 0,4 et départ = 200 μm (par observation des grains de sable et d'après les valeurs proposées dans le fascicule de cours). II. Détermination de umf A. umf, exp Au cours de notre suivi de ΔP* en fonction du débit, on repère le début de la fluidisation. Il s'agit du moment où le sable commence à perdre en cohérence et que de premières petites bulles d'air apparaissent dans le lit. Cela est le cas dès Q = 3,0 m³.h-1 soit : umf,exp = Q.Ω = Q.π. [...]

[...] Le premier présente une petite plage de débits, ce qui nous permettra une discrétisation plus fine sur les premières valeurs, où l'on aura un point tous les 100 L/h. Ensuite, le second débitmètre, dont la plage commence là où se termine celle du premier, nous permettra de déterminer ΔP* tous les 1 une fois la fluidisation initiée. D'autre part, contre la colonne se trouve un mètre permettant de mesurer l'expansion du lit de sable une fois la mise en fluidisation entamée. [...]

[...] On se place à un débit donné dans la zone de fluidisation : Q = 13 m³.h-1. On estime visuellement le diamètre des bulles observées à 5 cm et leur vitesse ascensionnelle à 0,35 m.s-1 (elles mettent environ une seconde pour parcourir Z = 35 cm). Confrontons ces estimations plutôt grossières aux valeurs attendues théoriquement : Vitesse des bulles : Connaissant l'expansion, on utilise l'équation de Davidson et Harrison : Dimension des bulles : On utilise la corrélation de Geldart (en CGS) puisque 41 μm [...]

[...] Ensuite, à u = umf survient une rupture de pente indiquant que la zone de fluidisation a été atteinte. On repère umf,graph à 0,0041 m.s-1, une valeur du même ordre de grandeur que les valeurs repérée oculairement et calculée théoriquement quoique légèrement supérieure. Enfin, à u > umf, la perte de pression reste constante : c'est désormais la hauteur du lit qui augmente, on suit alors l'expansion du lit en fonction du débit. Ainsi, à titre indicatif, on atteindra pour notre débit le plus important une expansion de l'ordre d'1,5 : = = 1,41. [...]