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Schéma simplifié d'un réacteur à lit fluidisé.

En physique, dans l'étude de la matière molle, et en ingénierie le concept de lit fluidisé (ou de lit fluidifié) permet de donner à une catégorie de solides — dits matériaux granulaires — certaines propriétés des fluides, liquides ou gaz. Il permet un bon mélange de particules ou de particules et de gaz [1].

Sommaire

HistoireModifier

L'invention du lit fluidisé est attribuée au chimiste allemand Fritz Winkler, qui l'avait appliqué en 1926 à la combustion de charbon réduit en poudre[2].

PrincipeModifier

Typiquement, on peut réaliser un tel dispositif avec du sable.
Le principe est d'injecter sous un lit de sable un gaz ou un liquide sous pression. Ce fluide va « soulever » et disperser les grains de sable.

On observe des propriétés caractéristiques des fluides : ondes, bulles[3], viscosité... Ces phénomènes peuvent également déstabiliser le lit fluidifié, et le faire « éclater », projetant alors de la matière solide.
Des variantes injectent un gaz pulsé ou provoquent la vaporisation du liquide dans le réacteur.

Il peut éventuellement être triphasique (c'est-à-dire gaz-liquide-solide.[4].

UtilisationsModifier

C'est un principe qui a des applications techniques important en industrie et pour l'incinération de boues résiduaires[5] ou d'autres types de déchets[6] :

  • il permet des catalyses hétérogènes plus efficaces, on parle de « réacteur à lit fluidifié », ou FBR (de l'anglais : fluidized bed reactor) ;
  • des combustions plus complètes, on parle de « combustion à lit fluidifié », ou FBC (fluidized bed combustion). Cette propriété est notamment utilisée dans la gazéification ou pyrolyse à lit fluidifié[7], ou le craquage catalytique en lit fluidisé.
  • le transport de poudres (farines)
  • l'enrobage de poudres [8],[9]
  • l'épuration d'effluents industriels (ou non) par exemple pour la déphosphatation[10]
  • le séchage de graines[11], de particules, éventuellement en atmosphère contrôlée (par exemple sans oxygène pour éviter l'oxydation)[12]...
  • de l'imprégnation [13]
  • la chauffage solaire de gaz dans un four à concentration[14]

Le traitement théorique de tels systèmes est en revanche très complexe. En effet, les phénomènes turbulents et l'extrême dépendance du système aux moindres variations rendent très difficile toute approche non-statistique. On ne peut en général pas prédire son comportement mais seulement le décrire.

Une meilleure compréhension serait très utile pour mieux maitriser les fluctuations, parfois chaotiques, des lits fluidifiés.
Il a notamment été envisagé de stabiliser magnétiquement le lit fluidisé [15],[16]

Voir aussiModifier

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RéférencesModifier

  1. Fortin, Y. (1984). Réacteurs a lit fluidise triphasique: caractéristiques hydrodynamiques et mélange des particules solides (Doctoral dissertation, Ed. Technip)
  2. (en) Thèse sur l'approche stochastique des lits fluidifiés.
  3. On peut observer une animation du phénomène.
  4. Saberian-Broudjenni, M., Wild, G., Charpentier, J. C., Fortin, Y., Euzen, J. P., & Patoux, R. (1984). Contribution à l'étude hydrodynamique des réacteurs à lit fluidisé gaz-liquide-solide. Entropie, 20(120), 30-44
  5. Gratias, A. (2002). Contribution à l'étude de l'incinération des boues résiduaires humides en réacteur à lit fluidisé: Influence des conditions opératoires sur les émissions des micro polluants gazeux et des métaux lourds (Doctoral dissertation, Toulouse, INPT)|résumé.
  6. Marias, F. (1999). Procédé d'incinération d'un déchet modèle: de l'approche physique aux simulations en lit fluidisé (Doctoral dissertation, Pau)|résumé.
  7. Baumann, H., & Möller, P. (1991). Pyrolysis of hard coals under fluidised bed combustor conditions: distribution of nitrogen compounds on volatiles and residual char. Erdöl und Kohle, Erdgas, Petrochemie vereinigt mit Brennstoff-Chemie, 44(1), 29-33.
  8. Saleh K (1998). Contribution à l'étude de l'enrobage des poudres en lit fluidisé: étude expérimentale et modélisation du processus (Doctoral dissertation, Toulouse, INPT)|[1]
  9. Chérif, R. (1994). Contribution à l'étude de l'enrobage des particules solides en lit fluidisé (Doctoral dissertation, Toulouse, INPT).
  10. Montastruc L (2003). Modélisation et optimisation d'un réacteur en lit fluidisé de déphosphatation d'effluents aqueux (Doctoral dissertation, Toulouse, INPT).|résumé
  11. Abid M, Gibert H & Laguerie C (1988) Analyse expérimentale et théorique des mécanismes de transferts de matière et de chaleur au cours du séchage d'un grain de maïs dans un lit fluidisé. Entropie, 24(139), 3-12.
  12. Mourad, M., Hemati, M., & Laguerie, C. (1994). Hydrodynamique d'un séchoir à lit fluidisé a flottation: Détermination des vitesses caractéristiques de fluidisation de mélanges de maïs et de sable. Powder technology, 80(1), 45-54|résumé.
  13. Desportes S (2005) Imprégnation en voie sèche en lit fluidisé. Application à la synthèse de catalyseurs supportés (Doctoral dissertation, Institut National Polytechnique de Toulouse).
  14. Bounaceur A (2008). Interaction lit fluidisé de particules solides-rayonnement solaire concentré pour la mise au point d'un procédé de chauffage de gaz à plus de 1000 K (Doctoral dissertation, École Nationale Supérieure des Mines de Paris).
  15. Arnaldos, J., Casal, J., & Puigjaner, L. (1983). Le lit fluidisé stabilisé magnétiquement: caractéristiques et possibilités d'application. Powder technology, 36(1), 33-38|résumé.
  16. Contal, P., Gonthier, Y., Bernis, A., & Lacour, G. (1992). Étude d'un lit fluidisé gaz—solide stabilisé magnétiquement par des aimants permanents. Powder technology, 71(1), 101-105|résumé.

BibliographieModifier

Liens externesModifier