Une « jauge » à niveaux de sable pour le four tournant

des cristaux de meilleure qualité, notamment en ce qui concerne leur distribution de taille, et parfois -comme illustré ici- la qualité des cristaux eux-même. Les travaux de Florent MUSCATELLI n’ont pas été publiés (thèse confidentielle) ; ils ont en revanche donné lieu à des progrès significatifs pour la production de divers composés au sein de la SNPE.

2.6 Une « jauge » à niveaux de sable pour le four tournant

Pour calculer les surfaces d’échange thermique, nous avions besoin de connaître la hauteur du lit de poudre dans le four. On peut donner une estimation de cette hauteur -supposée constante- à partir de la charge totale du four. Nous avons souhaité vérifier la vraisemblance de cette hypothèse et avons pour cela conçu un dispositif rudimentaire mais efficace pour mesure la hauteur du lit de poudre dans la zone où nous effectuons nos bilans thermiques. Une canne équipée de batonnets enduits de colle a été construire (Figure 2.22), avec des points de mesure concentrés dans la "zone 2" de chauffage du pilote de four tournant du Cnam, zone dans laquelle est établi le bilan thermique qui nous permet d’accéder au coefficient de transfert de chaleur paroi/poudre lors des essais thermiques.

Figure 2.22 – Canne de mesure du profil de chargement du four tournant pilote (à côté de la canne de mesure de température)

Le protocole expérimental pour la mesure de hauteur de lit de poudre est résumé sur la Figure2.23. Ces mesures ne sont toutefois réalisables qu’en l’absence de releveur.

Sur la Figure2.24, les résultats expérimentaux (points bleux avec barres d’erreur, car chaque essai a été répété 2 voire 3 fois) sont comparés à l’estimation de hauteur de lit constante faite à partir de la mesure du chargement total : la concordance est satisfaisante. On pourra envisager dans le futur de prolonger cette étude en testant quelques autres poudres et configurations et en comparant les résultats avec le modèle classique de profil de chargement de fours tournants [Saeman, 1951].

Ces résultats sont utilisés dans :

Alex Stéphane BONGO NJENG, Stéphane VITU, Marc CLAUSSE, Jean-Louis DIRION, Marie DEBACQ. Wall-to-solid heat transfer coefficient in flighted rotary kilns : experi-mental determination and modeling. Experiexperi-mental Thermal and Fluid Science 91, 197–213. DOI :10.1016/j.expthermflusci.2017.10.024 - hal-01624450

Figure 2.23 – Procédure de mesure du profil de chargement du four tournant pilote *

* *

L’hydrodynamique dans les procédés est un champ d’étude riche, pour lequel de nombreuses techniques expérimentales et numériques existent à différentes échelles ; techniques que je suis d’ailleurs loin d’avoir toutes expérimentées. Les études fouillées à l’échelle macroscopique per-mettent d’accéder à des informations importantes sur le fonctionnement d’équipements existants (exemple des mesures de DTS sur les pilotes de fours tournants) et même de prendre un caractère prédictif, après une étape de modélisation comme on pourra le voir dans le chapitre suivant. Des études tout aussi fouillées à l’échelle mésoscopique permettent de comprendre, voire d’identifier et plus tard de modéliser, des phénomènes d’écoulement plus locaux (exemples des régimes de mélange en long tube vertical ou de l’hydrodynamique transverse dans les fours tournants munis de releveurs). Des études plus rapides à l’échelle macroscopique ou mésoscopique permettent : soit de vérifier une hypothèse usuelle sur les écoulements, avant de poursuivre l’étude des per-formances d’un procédé innovant (exemple de l’ozonation) ; soit d’explorer, voir de qualifier, une piste d’amélioration des performances d’un procédé, basée sur l’amélioration de son hydrodyna-mique (exemples en cristallisation). J’ai plusieurs fois constaté que des méthodes qui pourraient sembler par trop artisanales dans le paysage des techniques expérimentales modernes, pouvaient donner des résultats tout à fait probants et parfaitement exploitables, y compris -à partir d’un grand nombre d’essais- en vue d’une modélisation par exemple (cas de la DTS avec du sel de cuisine ou bien de la « jauge » à niveaux de sable pour four tournant).

L’étude hydrodynamique est une étape importante dans l’étude d’un procédé, car comme cela a déjà été plusieurs fois évoqué et sera illustré au chapitre suivant, l’hydrodynamique conditionne l’écriture des bilans de matière et d’énergie, qui sont les piliers du génie des procédés.

Ayant fort à faire avec les travaux de recherche que j’ai encadrés ces quinze dernières années, plus mes importantes occupations en matière d’enseignement et de responsabilités diverses, j’ai un peu perdu le contact avec les travaux des physiciens. C’est pourtant une frontière avec le génie des procédés que je compte contribuer à ré-ouvrir dans le futur (comme beaucoup d’autres dans la communauté du génie des procédés, en particulier dans le domaines des poudres). Car je suis persuadée que nous avons beaucoup à apprendre d’eux en termes de méthodes expérimentales comme numériques. Nous pourrions probablement aussi, comme toujours quand le génie des procédés côtoie les sciences fondamentales, les enrichir de cas d’études qui les challengent.

2.6. Une « jauge » à niveaux de sable pour le four tournant Axial position [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Bed depth [mm] 0 10 20 30 40 50 S1 S2 S3 S4 S5 3˚, 2 rpm, 0.9 kg/h, 23.5 mm, NL

Exp. bed depth

Calc. bed depth, std_zone2 = 0.72 mm

Axial position [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Bed depth [mm] 0 10 20 30 40 50 S1 S2 S3 S4 S5 3˚, 2 rpm, 0.9 kg/h, 33.5 mm, NL

Exp. bed depth

Calc. bed depth, std_zone2 = 2.10 mm

Axial position [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Bed depth [mm] 0 10 20 30 40 50 S1 S2 S3 S4 S5 3˚, 2 rpm, 1.9 kg/h, 23.5 mm, NL

Exp. bed depth

Calc. bed depth, std_zone2 = 0.88 mm

Axial position [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Bed depth [mm] 0 10 20 30 40 50 S1 S2 S3 S4 S5 3˚, 2 rpm, 1.9 kg/h, 33.5 mm, NL

Exp. bed depth

Calc. bed depth, std_zone2 = 1.04 mm

Axial position [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Bed depth [mm] 0 10 20 30 40 50 S1 S2 S3 S4 S5 3˚, 2 rpm, 2.5 kg/h, 23.5 mm, NL

Exp. bed depth

Calc. bed depth, std_zone2 = 0.91 mm

Axial position [m] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Bed depth [mm] 0 10 20 30 40 50 S1 S2 S3 S4 S5 3˚, 2 rpm, 2.5 kg/h, 33.5 mm, NL

Exp. bed depth

Calc. bed depth, std_zone2 = 0.60 mm