Thèse de Clément Toupoint*
Les réacteurs chimiques à lits bouillonnants sont très utilisés en génie chimique et en pétrochimie. Les lits bouillonnants réactifs de particules catalytiques pâtissent cependant d’une hydrodynamique mal connue, ce qui conduit souvent à un surdimensionnement de ce type d’unités.
La complexité des phénomènes physiques en jeu conduit naturellement à subdiviser les problématiques en sujets plus ciblés. C’est ce qui a été fait pour cette thèse consacrée aux mécanismes locaux de l’hydrodynamique de particules cylindriques isolées, première étape indispensable avant d’envisager l’étude des nombreuses interactions entre particules dans un lit bouillonnant industriel.
Les premiers travaux ont été consacrés aux effets de l’anisotropie d’un grain de catalyseur isolé, de forme cylindrique, sur sa chute libre dans un liquide (figure). Une classification des régimes observés a été réalisée, en fonction de paramètres adimensionnels tels que les rapports de densité, d’élongation et le nombre d’Archimèdea. Trois modes de trajectoires de chute libre ont ainsi été mis en évidence.
Ensuite, dans une première approximation des effets de confinementb, la chute libre de particules cylindriques en milieu confiné 2D (cellule de Hele-Shawc) a été étudiée en présence ou non d’un nuage de bulles ascendantes. Grâce à des prises de vues rapides et des techniques de traitement avancées, la corrélation entre les changements de trajectoires des particules en chute libre et leurs interactions avec les bulles ascendantes a pu être établie et analysée en détail(1).
L’extension des modèles de cinématique issus de ce travail à un plus grand nombre de particules débouchera sur des modèles prédictifs de type Euler-Euler qui seront utilisés pour la conception des futures installations industrielles. Ces travaux se poursuivent dans un cadre collaboratifd.
a - Rapport entre la flottabilité et les effets visqueux.
b - Dus au grand nombre de particules d’un lit bouillonnant réel.
c - Dispositif expérimental constitué par deux plaques de verre très rapprochées.
d - Projet ANR MUSCATS, avec l’Institut de mécanique des fluides de Toulouse et le Laboratoire de génie chimique de Toulouse.
*Thèse intitulée "Path and wake of cylinders falling in a liquid at rest or in a bubble swarm - towards the hydrodynamical modeling of
ebullated bed reactors"
(1) C. Toupoint, P. Ern, V. Roig, Journal of Fluid Mechanics, 2019, Vol. 866, pp. 82-111,
https://doi.org/10.1017/jfm.2019.77
Contacts scientifiques : lionel.gamet@ifpen.fr - rim.brahem@ifpen.fr