Titre : | Adsorption-séchage des solides divisés : Vol 04 |
Auteurs : | Jean-Paul Duroudier, Auteur |
Type de document : | Monographie imprimée |
Editeur : | London : ISTE editions, 2017 |
Collection : | Série Equipements industriels pour le génie des procédés, num. 4 |
ISBN/ISSN/EAN : | 978-1-78405-173-0 |
Format : | 04 vol. (264 p.) / ill. / 24 cm |
Note générale : | Bibliogr. p. [253]-262. Index |
Langues: | Français |
Index. décimale : | 540 (Chimie et sciences connexes) |
Catégories : |
[Agneaux] Adsorption [Agneaux] Milieux granulaires |
Résumé : |
Cet ouvrage est le quatrième volume de la série Equipements industriels pour le génie des procédés. Il propose une étude approfondie et diversifiée de cette discipline. Adsorption - Séchage des solides divisés présente les équilibres entre un solide divisé et un fluide. Les transferts de matière (et éventuellement de chaleur) entre un fluide et un solide divisé interviennent pour la Chromatographie, l'adsorption, le séchage et l'échange d'ions.
Riche de nombreux exemples pratiques, ce livre développe des expressions utiles pour créer des logiciels. Les annexes et les références bibliographiques facilitent le calcul des matériels et sont une aide au lecteur pour approfondir les questions de son choix. |
Sommaire : |
Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Chapitre 1. L’air humide, les tours de refroidissement d’eau . . . . 15 1.1. Les grandeurs de l’air humide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.1. Humidité absolue et humidité relative . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.2. Enthalpie de l’air humide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.1.3. Masse volumique de l’air humide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.4. Pression de vapeur de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.1.5. Les coefficients de transfert et le nombre de Lewis . . . . . . . . . 19 1.1.6. Equation du thermomètre humide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2. Le diagramme de Mollier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3. Mesure de la température humide : thermomètre humide et psychromètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4. La tour de refroidissement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4.1. Description de la tour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4.2. Calcul de la tour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.4.3. Tour à courants croisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.4.4. Panache blanc de l’air sortant de la tour (en hiver) . . . . . . . . . 32 1.4.5. Tour à tirage naturel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Chapitre 2. Adsorption et chromatographie, échange d’ions . . . . 35 2.1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1.1. Adsorption d’une impureté gazeuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.1.2. Différents modes opératoires de la chromatographie . . . . . . . . 36 6 Adsorption – Séchage des solides divisés 2.1.3. Analyse frontale . . . Table des matières 7 2.7.3. Propagation d’une discontinuité de concentration . . . . . . . . . . 76 2.7.4. Allure du profil de q en fonction du temps (soluté unique) . . . . 77 2.7.5. Calcul du temps d’élution du front de concentration . . . . . . . . 79 2.7.6. Position et largeur du pic d’élution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.8. Nombre de solutés supérieur à 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 2.8.1. Etude d’un mélange binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 2.8.2. Profils de concentration (plusieurs solutés) . . . . . . . . . . . . . . 86 2.8.3. Exceptions à la règle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.9. La simulation numérique par collocation orthogonale : méthode des éléments finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.9.1. Présentation du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.9.2. La méthode des éléments finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.9.3. Les polynômes orthogonaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.9.4. Erreur du développement en série : nœuds de collocation . . . . . 90 2.9.5. Matrice de discrétisation A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2.9.6. Généralisation aux autres matrices de discrétisation . . . . . . . . 92 2.9.7. Cas d’un polynôme pair quelconque . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.9.8. Intégration par rapport au temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.10. Autres méthodes numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.10.1. Méthode des différences finies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.10.2. La méthode de Craig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.11. L’échange d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.11.1. Principe de l’échange d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.11.2. Capacité d’échange : les unités utilisées . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.11.3. Les résines faiblement acides ou basiques . . . . . . . . . . . . . . 99 2.11.4. Les résines fortement acides ou basiques . . . . . . . . . . . . . . 100 2.11.5. Liqueurs de régénération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 2.11.6. Partage et sélectivité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.11.6.1. Fuites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 2.11.7. Capacités d’échange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 2.11.8. Echange d’ions de même valence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 2.11.9. Coefficient de la cinétique réactionnelle . . . . . . . . . . . . . . . 106 Chapitre 3. Données pratiques sur l’adsorption, l’échange d’ions et la chromatographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.1. Quelques caractéristiques de l’équilibre fluide-solide . . . . . . . . . . . 109 3.2. Adsorption (« discontinue ») à partir d’une charge : l’adsorption par contact suivie de filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.3. Définition d’une colonne industrielle pour la chromatographie . . . . . 112 8 Adsorption – Séchage des solides divisés 3.3.1. Conception de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.3.2. Nombre de plateaux théoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.3.3. Relation entre nombre de plateaux et la HEPT . . . . . . . . . . . 114 3.3.4. Débit de production (chromatographie liquide) . . . . . . . . . . . 114 3.3.5. Chute de pression à travers un lit fixe . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.3.6. Adsorption en lit fixe et temps de brisure . . . . . . . . . . . . . . 116 3.4. Utilisation pratique des adsorbants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.4.1. Caractéristique du charbon des adsorbants . . . . . . . . . . . . . . 118 3.4.2. Régénération du charbon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.4.3. Précautions à prendre : explosion, points chauds (charbon) . . . 118 3.4.4. Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.4.5. Lit fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.4.6. Lit mobile de charbon fluidisé par gaz . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.4.7. L’alumine activée : lit fixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.4.8. Plateaux fluidisés (silice) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.4.9. Lit fixe (silice) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.4.10. Les zéolites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 3.4.11. Les résines : nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.4.12. Utilisations industrielles des résines . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.4.13. Longévité des résines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.4.14. Mise en œuvre des résines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.5. Adsorption non isotherme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 3.5.1. Quelques notations pour commencer . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 3.5.2. Une proposition pour la diffusivité en adsorption en milieu poreux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 3.5.3. Bilan thermique local dans un sphérule . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.5.4. Bilan thermique du fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.5.5. Equations d’échanges fluide-solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 3.5.6. Diffusivité intracorpusculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.5.7. La méthode empirique de Lee et Cummings . . . . . . . . . . . . . 132 3.6. Cas particuliers de la chromatographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.6.1. Elution avec gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.6.2. Chromatographie dite avec inversion de phases (C.I.P.) . . . . . 133 3.6.3. Questions diverses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 3.7. Pratique de l’échange d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 3.7.1. Procédures pratiques de régénération . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 3.7.2. Le gonflement des résines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.7.3. Procédés divers et combinaisons possibles . . . . . . . . . . . . . 135 3.7.4. Obtention d’eau très pure par déminéralisation poussée . . . . . . 136 3.7.5. Quelques applications de l’échange ionique . . . . . . . . . . . . . 137 Table des matières 9 Chapitre 4. Théorie du séchage, théorie de l’imbibition et du drainage, le phénomène d’hystérèse . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.1. Propriétés des produits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.1.1. Qu’est-ce que le séchage ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.1.2. La loi des phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 4.1.3. Les cristaux humides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 4.1.4. Les produits alimentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.1.5. Chaleur latente d’excès (appelée aussi chaleur de liaison) . . . . . 142 4.1.6. Diffusivité de l’eau dans les végétaux . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.2. Méthodes générales de calcul des séchoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.2.1. Bilan matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.2.2. Expression des enthalpies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 4.2.3. Bilan thermique théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.2.4. Bilan thermique pratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 4.2.5. Hypothèse de température uniforme des cristaux . . . . . . . . . . 149 4.2.6. Transfert de matière du solide au gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.2.7. Bilans différentiels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.2.8. Evaporation à travers une surface élémentaire . . . . . . . . . . . . 152 4.2.9. Température humide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 4.2.10. Calcul d’un séchoir continu en régime convectif . . . . . . . . . . 156 4.2.11. Séchage des cristaux et des graines (une solution possible) . . . . 157 4.2.12. Une méthode de calcul possible pour les séchoirs continus . . . . . 157 4.2.13. Humidité irréductible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 4.2.14. Graphe enthalpique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.2.15. Estimation rapide et approximative d’un séchoir . . . . . . . . . . 160 4.2.16. Séchage diffusionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.3. Les coefficients de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 4.3.1. Coefficient de transfert de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 4.3.2. Correspondance entre coefficients surfacique et volumique . . . . 164 4.3.3. Coefficients de transfert de matière, coefficient psychrométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4.4. Pression capillaire (imbibition-drainage) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 4.4.1. Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 4.4.2. Angle de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.4.3. Les trois états d’un corps poreux imbibé de liquide . . . . . . . . . 168 4.4.4. Pression capillaire et saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 4.5. Thermodynamique et capillarité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 4.5.1. Energie libre et aire de l’interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 10 Adsorption – Séchage des solides divisés 4.5.2. Equation de Kelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 4.5.3. Conséquence : film liquide sur une surface solide . . . . . . . . . . 174 4.5.4. Relation d’équilibre (un inerte est présent dans le gaz) . . . . . . . 175 4.6. Adsorption et capillarité dans un corps poreux inorganique . . . . . . . 178 4.7. Hystérèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 4.7.1. Hystérèse : adsorption et désorption d’un gaz dans un solide inorganique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 4.7.2. Courbure et rayon de pore : hystérèse par angle de contact . . . . 181 4.7.3. Hystérèse et modèle de la bouteille . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 4.7.4. Hystérèse des matériaux biologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 4.7.5. L’hystérèse et la condensation capillaire selon Broekhoff et de Boer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 4.8. Mouvements des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 4.8.1. Ecoulement biphasique : composition de l’écoulement . . . . . . . 188 4.8.2. Perméabilités relatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.8.3. Séchage d’un milieu poreux, rigide et inerte . . . . . . . . . . . . . 193 Chapitre 5. Les séchoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 5.1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 5.1.1. Les diverses classes de séchoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 5.1.2. Phases et composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 5.2. Séchoirs par charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 5.2.1. Intérêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 5.2.2. Séchoir sous vide brassé par racleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 5.2.3. Séchoir à lit fluidisé fonctionnant par charges . . . . . . . . . . . . 198 5.2.4. Armoires et étuves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 5.3. Tour d’atomisation et tour de sphérulation . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 5.3.1. Principe de la méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 5.3.2. Dispositifs de pulvérisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 5.3.3. Conception et intérêt des tours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 5.3.4. Calcul d’une colonne de sphérulation . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 5.4. Séchoir tournant à chauffage indirect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5.4.1. Description et intérêt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5.4.2. Calculs préalables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5.5. Séchoir pneumatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 5.5.1. Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 5.5.2. Simulation dans le divergent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Table des matières 11 5.5.3. Calculs préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 5.5.4. Calcul thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 5.5.5. Calcul dans le tuyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 5.5.6. Surchauffe du produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 5.5.7. Section du col du venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 5.5.8. Entrée d’air au venturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 5.5.9. Données pratiques et utilisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 5.5.10. Estimation rapide d’un appareil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 5.6. Séchoirs à cylindres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 5.6.1. Principe et description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 5.6.2. Densité de flux thermique pour la vaporisation . . . . . . . . . . . 224 5.6.3. Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 5.7. Séchoir continu à table fluidisée : principe . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 5.8. Séchage des corps poreux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 5.8.1. Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 5.8.2. Le séchage des produits rétractiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 5.8.3. Humidité critique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 5.8.4. Le solide est entouré d’une peau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 5.8.5. Les céramiques : méthode simplifiée . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 5.9. Le séchage en four tunnel : disposition pratique . . . . . . . . . . . . . . 233 5.10. Transfert thermique dans les séchoirs à tambour . . . . . . . . . . . . . 237 5.10.1. Surface de contact entre produit et gaz . . . . . . . . . . . . . . . . 237 5.10.2. Coefficient de transfert thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 5.10.3. Exemple de calcul thermique simplifié d’un séchoir à lames . . . . 238 5.11. Les installations annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 5.11.1. Dépoussiérage de l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 5.11.2. Refroidissement du produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 5.12. Le choix des séchoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 5.12.1. Selon l’état physique du produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 5.12.2. Selon l’énergie dépensée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 5.12.3. Selon le sort réservé au produit dans le séchoir . . . . . . . . . . . 243 5.12.4. Selon l’hygroscopicité du produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 5.12.5. Selon le débit traité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 5.12.6. Selon le prix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 5.12.7. Selon la température d’entrée du gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 5.13. Quelques considérations énergétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 5.13.1. Récupération thermique par pompe à chaleur. . . . . . . . . . . . 245 5.13.2. Séchage avec récupération du solvant . . . . . . . . . . . . . . . . 246 12 Adsorption – Séchage des solides divisés Annexe A. Intégration numérique, méthode de Runge-Kutta d’ordre 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Annexe B. Quelques identités importantes . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 |
Disponibilité (14)
Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
---|---|---|---|---|---|
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin | |
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin | |
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin | |
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Magazin | |
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable | ||
SI8/3138 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
Erreur sur le template