Electrofiltration de particules de bois

Résumé du document

Au début de l'ère industrielle, les panaches de fumées provenant des usines symbolisaient l'activité et la prospérité. Cette perception a maintenant bien changé et la fumée est surtout ressentie comme une source de pollution aux multiples effets sur l'environnement et les êtres humains. Cette pollution provient de plusieurs activités telles que la production de chaleur, la fabrication du ciment, des métaux et bien d'autre. L'homme inspirant environ 14 kg d'air par jour, elle constitue l'un des éléments nécessaires à la vie et la pollution qu'il contient peut avoir des effets plus ou moins néfastes sur l'organisme.
Le contrôle et la maîtrise des rejets de polluant dans l'atmosphère s'avèrent donc une nécessité pour limiter au mieux tous ces rejets. Cela a conduit à une réglementation comme la loi sur l'air de 1996, qui impose aux agglomérations de 100 000 à 150 000 habitants de disposer d'une station urbaine complète de surveillance de certains polluants. Il a donc fallu créer et optimiser les moyens de traitement des rejets industriels.
L'une des techniques existantes pour traiter les rejets est l'électrofiltration. C'est un procédé qui occasionne de faible perte de charges, il est donc particulièrement recommandé pour traiter de très grands débits gazeux. D'autre part, un ajustement rigoureux de la longueur de l'électrofiltre permet d'obtenir des rendements d'épuration proches de 100 %. Les seuls inconvénients restent le coût d'investissement et l'énergie qu'il consomme.
L'objectif de notre travail est d'évaluer le pouvoir de séparation d'un électrofiltre pour différents paramètres de fonctionnement. Notre étude porte sur une atmosphère chargée en particules de bois.
Dans une première partie, nous faisons un descriptif de l'installation puis une présentation de la théorie relative à l'électrofiltration. Ensuite nous étudions l'influence de quelques paramètres tels que la tension, la nature du bois, les dimensions des électrodes sur la qualité de la séparation. Nous terminons notre rapport par une conclusion générale qui résume les points développés auparavant.

Extraits

[...] zone d'ionisation : Pour réaliser une électrofiltration, il est important de connaître à partir de quelle tension les particules vont être ionisées. La tension seuil est la valeur critique où apparaît une densité de charge ; elle est fonction du champ initial Ei suivant la correlation donnée par Peek : Pour une configuration fil-cylindre, la tension seuil est exprimée comme suit : Où ε est la rugosité de la surface de l'électrode (ε = 1 pour une surface lisse) , a le rayon du fil, δ la densité relative de l'air (δ = T0.P/T.P0), où T0 est la température de référence (293K) et P0 est Pa, V est la tension appliquée. [...]

[...] La tension appliquée va permettre d'ionisé l'air autour du fil et donc de charger les particules qui vont être attirées par la cathode Le mélangeur air-particules Pour réaliser une séparation, il est tout d'abord nécessaire de réaliser une suspension air-particules puis de l'injecter à l'intérieur du précipitateur. Comme indiqué sur le schéma, l'air ambiant est aspiré par un ventilateur puis filtré. Le débit d'air est réglé à l'aide d'un variateur de tension. L'air passe ensuite au niveau de l'injecteur de particules. Cet injecteur est composé d'un piston dans lequel se trouvent les particules, le piston est poussé de manière continue et lente par un système de vis à une vitesse de 1 tour/min. [...]

[...] L'optimisation des performances d'un électrofiltre peut passer par l'augmentation du champ électrique ce qui peut être réalisé en augmentant la taille de la cathode. Seulement, on remarque que la différence entre 40 et 60 cm est assez faible, il n'est donc pas utile de l'augmenter indéfiniment. On constate pratiquement la même chose pour les tensions de 10KV et11KV, sauf qu'à partir de 10µm l'efficacité des trois électrodes tend vers l'efficacité limite théorique de 100%, ceci peut être expliqué par l'augmentation de l'ionisation des particules, ce qui montre que l'augmentation du potentiel électrique appliqué aux électrodes ionisantes conduit également à une amélioration de l'efficacité de filtration. [...]

[...] L'étude du champ électrique présent dans le filtre nous a montré que ce champ établi entre les deux électrodes est uniforme, très intense à proximité de l'électrode de faible rayon de courbure (fil) et décroît rapidement vers l'autre électrode (cylindre). Nous avons ensuite étudié l'efficacité de piégeage des particules en fonction de leur diamètre et de la tension appliquée. Nous avons trouvé que l'efficacité augmente avec l'accroissement du diamètre des particules, et tend asymptotiquement vers la valeur limite de 100% au fur et à mesure que nous augmentons la tension. [...]

[...] Le principe de mesure de ce type de compteur est basé sur la diffusion de la lumière : l'échantillon prélevé est dirigé vers le compteur à l'aide des sondes de prélèvement. L'air chargé en particules est éjecté par une buse dans un petit volume de mesure où un rayon lumineux est focalisé. La quantité de lumière diffusée est alors mesurée par un photodétecteur qui la transforme en impulsion électrique. Le compteur ayant été étalonné, il associe alors l'amplitude du signal avec la distribution granulométrique. Ce compteur permet la mesure de diamètres allant de 0,3 à 20 μm. [...]