TP MDF : Etude de la fluidisation : détermination graphique de Vmf, Zmf qui caractérisent le Minimum de fluidisation










But :

Le but de ce T.P est déterminer graphiquement Vmf, Zmf, rpmf qui caractérisent le

Minimum de fluidisation.

Introduction :

La fluidisation est mise en évidence dans un appareillage simple tel que schématisé ci-dessous. Dans un tube de verre, on introduit une hauteur Z0 de particules (billes de verre) retenues à la base du tube par une grille, et l’on crée un courant de fluide (eau) ascendant dans le tube. En augmentant progressivement le débit, on observe les phénomènes suivants :

_ Aux faibles débits : les particules restent immobiles et Z0 est invariable. On a un
Lit fixe. Les pertes de charge dans cette zone augmentent linéairement avec la vitesse d’écoulement.
_ À partir d’un débit seuil, on observe un gonflement du lit jusqu’à une hauteur Zmf, les particules étant toujours immobiles. C’est le minimum de fluidisation.
En augmentant encore le débit, le lit tout entier se met en mouvement à la manière d’un liquide qui bout régulièrement. C’est la fluidisation en phase dense caractérisée par un état pseudo fluide du lit dans la hauteur augmente avec le débit.
Enfin pour les débits très élevés, on assiste a l’entraînement des particules entraînées par l’eau.













  Intérêt du phénomène :

L’industrie chimique met souvent en œuvre des procédés faisant intervenir deux phases distinctes, l’une solide, l’autre fluide, particulièrement dans les réactions utilisant des catalyseurs solides. Pour que ces réactions se produisent, la surface de contact entre le solide et le fluide doit être la plus grand possible, ce qui conduit à utiliser le solide sous forme finement divisée. Il est donc fondamental de bien connaître le comportement de particules dans un courant fluide pour de telles applications.

         Dans la pratique, on utilise généralement :
La technique du lit fixe lorsque le catalyseur a une durée de vie très grande (un an par exemple).
Le lit fluidisé en phase dense permet une manipulation du solide comme s’il s’agissait d’un fluide et facilite donc son extraction en continu du réacteur.
 Cette technique est utilisée lorsque le catalyseur doit être régénéré en continu.
La fluidisation en phase diluée est utilisée pour le transport de particules solides par des canalisations classiques pour fluides. On utilise par exemple beaucoup le transport pneumatique de poudres.

Description de l’appareillage :

           La pompe assure la circulation de l’eau, prélevée dans le réservoir. Un filtre permet de nettoyer périodiquement l’eau, il peut être by-pass. 2 rotamètres avec vannes permettent de régler le débit entre 0 et 5 m3/h . L’eau peut être dirigée par une tubulure d’empotage. En fonctionnement,  Le flux liquide est orienté, au moyen d’un jeu de vannes vers l’une des 3 colonnes de fluidisation de diamètres : 100mm, 50mm, 25mm. Les colonnes disposent à leur base d’un empilement de grosses billes de verre qui servent à homogénéiser le flux et son surmontés de la grille de retenue. Les billes de verre constituant le lit fluidisé étudié sont introduites par le sommet de la colonne qui comprend également un système de déversoir pour l’écoulement de l’eau qui retourne au réservoir par la tubulure de trop plein. L’extrémité de cette tubulure est munie d’un filtre grille pour la récupération des billes qui auraient pu être entraînées. Des prises de pression situées au sommet et à la base des colonnes (sous la grille de retenue) permettent de mesurer les pertes de charges par un ensemble de piézomètres. 



 ­ Etude de la fluidisation :

  Calcule de vitesse de la grille dans la colone Ø = 50 mm.

En prend 5 valeurs pour une d=50 cm
T1=2.98 s
T2=2.80 s
T3=2.87 s
T4=2.86 s
T5= 2.94 s


Calcule de Tmoy   (moyenne) :
Tmoy= (T1+T2T3+T4+T5 ) /5
ΔT=max ( |Tmax – T moy | ; | Tmin –– T moy | )

ΔT=0.09

ΔT c’est  l’erreur commise sur  T moy

Tmoy = 2.89 s
Donc
Vmoy=d/Tmoy





1ère manipulation

                 On travaillera avec la colonne     Ø  = 50 mm.
                - La variation du débit de l’eau de 0.1 à 2.2 m³/h, avec rotamétre.
 
                Exprimant Vf et rPg :
 

Vf=4.Q/ (π.D²)



∆P = p .g. rH
 


Ø     Les Valeurs obtenues par les deux relations précédentes :


ON PREND
p  d’eau =1000 kg/m3
g = 9.8 kg/N


Tableau de mesures :

Le débit (Q) m³ /h
rH (mm)
rPT
(N/m²)
Vf
 (m/s)
0.1
0.3
2.94
14.14 10-3
0.2
0.5
4.9
28.29 10-3
0.4
0.8
7.84
56.58 10-3
0.8
8.2
80.36
0.13
1
12.6
123.48
0.14
1.2
15.3
149.94
0.17
1.4
26.8
262.24
0.049
1.6
23.6
231.28
0.2
1.8
42.75
418.95
0.25
2
54.65
535.27
0.28
2.2
64
633.57
0.31













 
Remarque : la présence de Z dès que le débit atteint 1m³ /h.

















































*Détermination des caractéristiques du minimum de fluidisation  Le point M représente le minimum de fluidisation.
Donc  Vmf =     , Zmf  =     , rpmf  =    ,

2ère manipulation

                 On travaillera avec la colonne       = 100 mm.
                - La variation du débit de l’eau de 0.1 à 3.4 m³/h, avec  rotamétre.
 
                Exprimant Vf et rPg :



Ø     Les Valeurs obtenues par les mêmes relations précédentes :



Tableau de mesures :
Le débit (Q) m³ /h
rH (mm)
rPT
(N/m²)
Z
(cm)
Vf
 (m/s)
0.1
0
0
0
3.5 10-3
0.2
0
0
0
7.07 10-3
0.4
10
98
2
0.014
0.8
40
392
5
0.028
1
58
568.4
18
0.035
1.2
70
686
23
0.042
1.4
85
833
24
0.049
1.6
100
980
26
0.056
1.8
115
1127
27
0.063
2
125
1225
29
0.07
2.2
133
1303.4
30
0.077
2.4
139
1362.2
32
0.084
2.6
143
1401.4
36
0.092
2.8
147
1440.6
37
0.1
3
150
1470
38
0.106
3.4
151
1479.8
39
0.12














 





Remarque : la présence de Z dès que le débit atteint 0.2m³ /h.









































*Détermination des caractéristiques du minimum de fluidisation  Le point M représente le minimum de fluidisation.
Donc  Vmf =     , Zmf  =     , rpmf  =  


































·       Calcule du ∆p lit :



∆p totale = ∆pg100   + ∆pg lit

∆p lit = ∆pg totale - ∆pg 100


∆H=λ .L .V²/D.2g
 
Formule général des pertes de charge    



      ∆pg 100  =   p.g(λ.L .V²/D100.2g)             Et       ∆pg 50  =   p.g(λ.L .V²/D50.2g)

     ∆pg 100   = p. λ.L .V²/2 D100                                   ∆pg 50  =  p. λ.L .V²/2D50



                                              
Apartir  de la relation suivante :                 V = Q/S           (m/s)

Les pertes de charges deviennent :       
                                                                                                                
                                                                    ∆pg 100  = 8 p. λ.LQ²/ π ²D5100
                                                        ∆pg 100  = 1/ 32 ∆pg 50        

                                                        ∆pg 50        =  8 p. λ.L Q²/ π ² D550

               Puisque on a :                   D100 = 2 D50

                 Alors               :                    ∆pg 100  = 8 . .LQ²/32   ² D550

        
         Ce qui nous donne :
        



∆pg 100  = 1/ 32 ∆pg 50
 



∆p totale        est la perte de charge totale dans la grille et dans le lit fluidisé.
∆pg100      est la perte de charge de l’eau à travers la grille de la colonne de
              100mm en fonction de la perte de charge à travers la grille de la            colonne de 50mm.

∆pg lit         est la perte de charge dans le lit.


A partir de toutes les données précédentes on réalise le tableau suivant :



Le débit Q      (m3/h)
∆pg 50
(N/m²)
∆pg100  (N/m²)
∆p totale (N/m²)
∆pg lit (N/m²)
0.1
20
0.625
2.94
2.315
0.2
30
0.9375
4.9
3.962
0.4
115
3.6
7.84
4.24
0.8
1540
48.125
80.36
32.235
1
2920
91.25
123.48
32.23
1.2
3710
115.9375
149.94
34
1.4
4500
140.65
262.24
121.59
1.6
5300
165.6
231.28
65.68
1.8
5900
184.3
418.95
234.65
2
6100
190.6
535.27
344.67
2.2
6740
210.62
633.57
422.65



CONCLUSION

APRES LES EXPERIENCES DE CE T P  SUR L’EAU ON A OBTENU LES RESULTATS PRECEDANTS QUI  NOUS ONT PERMET  D’OBTENIR LES VALEURS ∆Plit .CE TP NOUS A ECLAIRCI LES POINTS AMBIGUS ET NOUS A DONNE UNE VUE GENERALE SUR LA FLUIDISATION.




Cours Et Exercices