Comportement de la population des gouttes dans une colonne d'extraction : transport, rupture, coalescence, transfert de matière.

P X E S E N r E E A

L'INSTITUT

NATIONAL

Pol-VTECHNIiZldE

DE

TOULOUSE

POlJR OUIEFiI!U

LE GRADE

DE DOCTElJR

ES SCIENCES PHYSIOUES

Gilbert.

G A S A M A T T A

l11gdnieu: 1. G.

C.

Docteur lr~génieur

COMPORTEMENT

DE LA POPULATION D E GOUTTES

DANS UNE COLONNE DTEXYRACTION

:

TRANSPORT,

RUPTURE, COALESCENCE,

TRANSFERT

DE

MATlERE

Soutenue le 11 Septerrilire 198i d<:v:?i\t ia Cori~nussiori d'Examen

MM. 14. ANGEL.IN0 Plesident S. BORIES

_i

J.C. CHARPENTIER 1 J.P. COIJGERC J. DURAINDET

1

Examinateurs J.M.L.ERAT G . MURATET

1

TABLE DES MATIERES

CHAPITRE 1 . INTRODUCTION

.

B I B L I O G R A P H I E

CHAPITRE I I

.

D E S C R I P T I O N E T TRAITEMENT DU MODELE HYDRODYNAMIÇUE

11-1

.

PRESENTATION DU SYSTEME

...

- 1 -

-

LA

COLONNE

...

1 1 - 1 - 2

-

LA PHASE D I S P E R S E E

...

1 1 - 1 - 3

-

HYDRODYNAMIQUE

...

1 1 - 2

.

MODELE HYDRODYNAMIWE CONTINII

...

1 1 - 2 - 1

.

B I L A N SUR L E S DEUX P H A S E S

...

...

.

1 1 - 2 - 2 CONDITIONS AUX ALIMENTATIONS

.

...

1 1 - 2 - 3 B I L A N SUR LA PHASE D I S P E R S E E

...

.

1 1 - 2 - 4 ETUDE DES C O N D I T I O N S L I M I T E S

...

1 1 - 2 - 4 - 1

.

C o n d i t i o n s e n t ê t e de c o l o n n e 1 1 - 2 - 4 - 2 . C o n d i t i o n s e n p i e d d e c o l o n n e

...

1 1 - 2 - 4 - 3 . C o n d i t i o n s à l ' a l i m e n t a t i o n de phase d i s p e r s é e

...

1 1 - 2 - 4 - 4 . C o n d i t i o n s à 1 ' a l . i m e n t a t f i o n d e phase c o n t i n u e

...

1 1 - 2 - 5

.

ETUDE DES TERMES DE PRODUCTION

...

11-2-5-1

-

E t u s e 6-

la

rup*re

...

...

1 1 - 2 - 5 - 2

-

E t u d e de l a c o a l e s c e n c e 1 1 - 3 . MODELE HYDRODYNAMIÇUE D I S C R E T I Ç E

...

11-3-1

.

TECHNIQUE U T I L I S E E

...

. 1 1 - 3 - 2 ETUDE DE L ' E T A G E n

...

.

...

1 1 - 3 - 2 - 1 Modèle à bacs

avec

d é b i t d e

r e t o u r

.

...

1 1 - 3 - 2 - 2 L i a i s o n

avec

l e m o d è l e c o n t i n u 1 1 - 3 - 2 - 3

.

L i m i t e s d ' u t i l i s a t i o n d e ce m o d è l e d e d i s c r é t i s a t i o n

...

1 1 - 3 - 3

.

ETIJDE DES C O N D I T I O N S L I M I T E S

...

11-3-3-1 . E t a g e de t ê t e

...

T I - 3 - 3 - 2 . R t . a g e d e p i e d

...

...

1 1 - 3 - 3 - 3

.

A l i m e n t a t i o n de

phase

c o n t i n u e

11-3-3-4

. A l i m e n t a t i o n de phase d i s p e r s é e

...

11-3-4 . ETUDE DES TERMES DE PRODUCTION

...

...

11-3-4-1

.

E t u d e de l a

r u p t u r e

1 1 - 3 - 4 - 2

.

E t u d e

de

l a c o a l e s c e r i c e

...

11-4

.

INTEGRATION DU MODELE

...

C H A P I T R E I I I

.

E X P L O I T A T I O N DU MODELE CONTINU

_-

. ETUDE DE L I T D E PHASE D I S P E R S E E

..

III.. 1

.

INTRODUCTION

...

1 1 1 - 2

.

S I M P L I F I C A T I O N DU MODELE

...

I I I - 2 - 1

.

ETUDE DE

LA

P O R T I O N DE COLONNE COMPRISE ENTRE L E S ALIMENTATIONS

...

1 1 1 - 2 - 1 - 1

.

E t u d e

g é n é r a l e

...

1 1 1 - 2 - 1 - 2 . E t u d e de l ' e n g o r g e m e n t

...

1 1 1 - 2 - 1 - 3

.

I n f l u e n c e

du

m é l a n g e

a x i a l

...

1 1 1 - 2 - 2

.

ETUDE DU DECANTEUR

...

'111-2-3

.

ETUDE DU P I E D DE COLONNE

...

1 1 1 - 2 - 4

.

L I A I S O N AVEC L'ANALYSE DE THORNTON

...

1 1 1 - 2 - 5

.

CONCLLISIONS

...

C I i A P I T R E I V

.

_.

SIMULATION DU FONCTIONNEMENT D ' U N E COLONNE _......

_.

_.

_.

IV-: . INTRODUCTION

...

I V - 1 - 1

-

GEOMETRIE DE LA COLONNE

...

I V - 1 - 2

-

E W D E DE LA RUPTURE

...

I V - 1 - 3

-

ETLIDE DE LA COALESCENCE

...

I V - 1 - 4

-

ETUDE DU TRANSPORT D E S GOUTTES

...

IV-:

-5

-

ETUDE DU MFLANGE A X I A L

...

IL'-1-6

-

ETUDE DU D I S T R I B U T E U R

...

I V - ]

-7

-

C O N D I T I O N S D E S SIMIILATIONS

...

I V - 2 . ETüDE DES P R O F I L S DE KSrl'ENTION E T D E S DIAMETRES MOYENS

.

. . .

I V - 2 - 1 ETUDE SANS RUPTURE N I COALESCENCE

I V - 2 - 1 - 1 .

J n f l u e n c e

d e l a charge e t d u

d i s t r i b u t e u r

...

...

I V - 2 - 1 - 2

.

I n f l u e n c e di1 m é l a n g e a x i a l

I V - 2 - 1 - 3 . I n f l u e n c e d e l a l o n g u e u r d e l a c o l o n n ~ IW.2.2

.

ETUDE AVEC RUPTURE

...

. . .

I V - 2 - 3

.

ETUDE AVEC RUPTURE E T COALESCENCE

I V - 2 - 4

.

CONCLUSIONS

...

1v-8

rv-10

T V - I I

IV-4

.

ETIJDF: DE EL'ENGORGEMENT

...

I V - 4 - 1

.

NOTION DE P O I N T D'ENGORGEMENT

...

IV-4-2

.

EXAMEN DES RETENTIONS

...

IV-4-3

.

ENGORGEMENT E T ENTRAINEMENT DE PHASE D I S P E R S E E I V - 4 - 4

.

MECANISMEÇ DE FORMATION DU L I T AU V O I S I N A G E DE L

'

ENGORGEMENT

...

IV-5

.

ETUDE DU P I E D DE COLONNE

...

I V - 5 - 1

-

ROLE DU D I S T R I B U T E U R

...

...

.

IV..

5

.

2

R O I B DE 1, A GEOMETRIE DU P I E D DE COLONNE

IV-6

.

ETIIDE: D E S L I T S DENSES

...

IV-&: . CONBITIONS DE L'ETABLISSEMENT DES LITS DENSES IV-6-'

.

FORMATION DU L I T DENSE

...

TV-6-3

.

DYNAMIQlJE

...

...

LW.6.

3.1 .. Cr+nciai.i

sur

Q d

. . .

I V - G - 3 - - 2

..

Echclon

.;tir L a

coal.escence

I V - 6 - 4

.

CONCWJSIONS

...

I V - 7 . CONCLUSIONS

...

B I B L I I X R A P h - . I E

CHAPITRE V . E T ü D E DU TRANSPORT D E S GOUTTES E T DE LEUR RUPTURE DANS UNE . ..

COLONNE FONCTIONNAbT A FAXRI, E TAUX DE RETENTION . . . . -. ... V-1

.

INTRODUCTION

...

V-2

- D I S P O S I T I F EXPERIMliNlrAL

...

V-3

.

ADAPTATION »i' MODE18E

...

...

V-3-1 - D I S C R E T I S I I T L O N E T TRAITEMENT D E S E Q ü A T I O N S

V - 3 - 2

-

TERMES DE TRANSPORT, RUPTURE, COALESCENCE ET MELANGE ;:AXId

...

V - 3 - 3

-

COMPARRISON ENTRE T R E O R I E E T E X P E R I E N C E

...

V-4 . P R I N C I P A U X RESIJLTATS

...

d

V-4-1 . E'MJDE DE LIA LOT R ! d ) = k R

.

...

d 1 )

rnax

s t

1;-.4-1-1 . E s t i m a t i o n e x p e r i m e n t a l e d e d

m a x

s t

V - 4 - 1 - 2 .. V a l - j ~ d a t i o n d u

modèle

...

u

V-4-2

.

E T ü D E DE 1.A L O I

~ ( d )

= k R . d

...

V - 9 V-4-2-1

.

E x a m e n des

d i s t r i b u t i o n s

d e t a i l l e s

de

...

g o u t t e s

e t des

r e t e n t i o n s V - 9 V - 4 - 2 - 2

.

R ô l e du p a r a m è t r e

a

.

C o m p a r a i s o n des l o i s d e r u p t u r e

...

V - 1 0 V - 4 - 2 - 3 . E t u d e des p a r a m è t r e s i d e n t i f i é s K. n g e t k R

...

V-11

V - 5 . CONCLUSIONS

...

V - 1 3 B I B L I O G R A P H I E

C H A P I T R E V I . MODELE AVEC TRANSFERT DE M A T I E R E

V I - 1 . INTRODUCTION

...

V ï - 2 . V A R I A B L E S DE D I S C R I P T I O N DU SYSTEME

. . .

V I - 2 - 1 . PHFISI? CONTINUE

...

V I - 2 - 2

.

PHASE D I S P E R S E E

. . .

V I - 2 - 3

.

MODELE P I S T O N - D I F F U S I O N

. . .

VI..

3

. MODELE AVEC TRANSFERT C O N T I h V

...

V I - 3 - 1

.

B I L A N SUR LA PHASE CONTINUE

...

V I - 3 - 2

.

B I L A N SUR LA PHASE D I S P E R S E E

. . .

V I - 3 - 3

.

ETUDE DES CONDI'TIONS L I M I T E S POUR LA PHASE

D I S P E R S E E

...

V I - 3 - 3 - 1

.

C o n d i t i o n s e n

t ê t e

d e c o l o n n e

...

V I - 3 - 3 - 2 . C o n d i t i o n s

en

p i e d d e c o l o n n e

. . .

V I - 3 - 3 - 3 . C o n d i t i o n s à l ' a l i m e n t a t i o n d e phase d i s p e r s é e

...

V I - 3 - 3 - 4

.

C o n d i t i o n s à l ' a l i m e n t a t i o n de p h a s e c o n t i n u e

...

V I - 3 - 4 . ETUDE D E S TERMES DE PRODUCTION

...

V I - 3 - 4 - 1 . T e r m e de t r a n s f e r t

...

V I - 3 - 4 - 2

.

E t u d e des t e r m e s de m p t u r e e t de

c o a l e s c e n c e

...

V I - 3 - 5

.

CONCLUSIONS

...

. . .

VI-5

.

DISCRETISATION DU MODELE AVEC TRANSFERT

...

VI-5-1

.

ETUDE DE

LA

PHASE CONTINUE

...

VI-5-2

.

ETUDE DE

LA

PHASE DISPERSEE

.

ETAGE

n

...

VI-5-3

.

ETUDE DES TERMES DE PRODUCTION

...

VI-5-3-1

.

Termes

de transfert

...

VI-5-3-2

.

Termes de rupture

...

...

VI-5-3-3

.

Termes

de coalescence

VI-5-4

.

INTEGRATION

...

VI-6

.

EXPLOITATION DU MODELE AVEC TRANSFERT

...

VI-6-1

.

INTRODUCTION

...

VI-6-2

.

ANALYSE TRANSITOIRE

...

VI-6-3

.

ETüDE DES PROFILS DE CONCENTRATION ET DE

L'

EFFICACLTE

...

VI-6-4

.

ETUDE DES DISTRIBUTIONS DE CONCENTRATION DANS

LA PHASE DISPERSEE

...

VI-6-5

.

CONCLUSIONS

...

BIBLIOGRAPHIE

D E S C R I P T I O N E T TRAITEMENT DU MODELE HYDRODYNAMIQUE

11-1

-

PRESENTATION DU SYSTEME

11-2

-

MODELE HYDRODYNAMIQUE CONTINU

11-3

- MODELE HYDRODYNAMIQUE D I S C R E T I S E

11-4

-

INTEGRATION D1J MODELE

EXPLDISACTION DU MODELE CONTINü ETUDE DII L I T 1iE

PHASE

D ' I S P E R S E E

111-1

-

INTRODUCTION

-

S M L A T I O N DU FONCTIONNEMENT D ' U N E C O M N N E

T V - 1

-

JNTRODUCTION

I V - ?

-

ETUDE D E S P R O F I L S DE R E T E N S I O N E T D E S D I A M E T I B S MOYENS

IV-3

-

ETUDE D E S D I S T R I H U T I O P J S DE S A I L L E S D E GOUTTES

IV-4

-

ETUDE 13E L'ENGORGEMENT

I V - 5

-

ETUDE DU

PIED

D E COLONNE

N - 6

-

ETIJDE D E S L I T S DENSES

ErTUDE DTJ T R A N S P O R T DES G O l l T T E S E T L)E LEUR RUPTURE: DANS IJNF: CCOONNE FGNC'TIONNANT A F A Z R L E TAUX DE RETEN'I'ION

V - l

-

I N T R O D U C T I O N

V - 2

-

D I S P O S I T I F E X P E R I M E N S A L

V-3

-

A D A P T A T I O N L)lJ MOûF:I,L7

V-4

- PRIISCTPAUS RESü3,l'ATS

-

C H A P I T R E

VI

-

MODELE AVEC TRANSFERT

D E

MATZERE

V I - 1

-

INTRODUCTION

VI-2

-

VARIABLES

DE

DESCRIPTION

I)U SYSTmE

VI

-3

-

MODELE AVEC TRaNSFERT CONTINU

V I - 4

-

COMPARAISON

AVEC

LES MODELES EXISTANTS

V I - 5

-

DISCRETISATION

DU

MODELE

AVEC TRANSFERT