Lit fluidisé

Diagramme d’un lit fluidisé

Modèle de baseEdit

Lorsqu’on fait passer un fluide sur le lit tassé, la chute de pression du fluide est approximativement proportionnelle à la vitesse superficielle du fluide. Afin de passer d’un lit tassé à un état fluidisé, la vitesse du gaz est continuellement augmentée. Pour un lit libre, il existe un point, appelé point de fluidisation minimale ou naissante, où la masse du lit est directement suspendue par le flux de fluide. La vitesse du fluide correspondante, connue sous le nom de « vitesse minimale de fluidisation », u m f {\displaystyle u_{mf}}.

.

Au delà de la vitesse de fluidisation minimale ( u ≥ u m f {\displaystyle u\geq u_{mf}}.

), le matériau du lit sera suspendu par le flux gazeux et de nouvelles augmentations de la vitesse auront un effet réduit sur la pression, en raison d’une percolation suffisante du flux gazeux. Ainsi, la chute de pression pour u > u m f {\displaystyle u>u_{mf}}

est relativement constante.

A la base de la cuve, la perte de charge apparente multipliée par la surface de section du lit peut être assimilée à la force du poids des particules solides (moins la flottabilité du solide dans le fluide).

Δ p w = H w ( 1 – ϵ w ) ( ρ s – ρ f ) g = {\displaystyle \Delta p_{w}=H_{w}(1-\epsilon _{w})(\rho _{s}-\rho _{f})g=}

où:

Δ p w {\displaystyle \Delta p_{w}}

est la perte de charge du lit

H w {\displaystyle H_{w}}.

est la hauteur du lit

ϵ w {\displaystyle \epsilon _{w}}

est le taux de vide du lit, c’est-à-dire la fraction du volume du lit qui est occupée par les vides (les espaces fluides entre les particules)

ρ s {\displaystyle \rho _{s}}.

est la densité apparente des particules du lit

ρ f {\displaystyle \rho _{f}}.

est la densité du fluide de fluidisation

g {\displaystyle g}

est l’accélération due à la gravité

M s {\displaystyle M_{s}}.

est la masse totale des solides dans le lit

A {\displaystyle A}

est l’aire de la section transversale du lit

Groupements GeldartEdit

En 1973, le professeur D. Geldart a proposé de regrouper les poudres en quatre groupes dits « groupes Geldart ». Les groupes sont définis par leur emplacement sur un diagramme de la différence de densité solide-fluide et de la taille des particules. Les méthodes de conception des lits fluidisés peuvent être adaptées en fonction du groupement de Geldart de la particule :

Groupe A Pour ce groupe, la taille de la particule est comprise entre 20 et 100 µm, et la densité de la particule est généralement inférieure à 1,4g/cm3. Avant l’initiation d’une phase de lit bouillonnant, les lits constitués de ces particules se dilateront d’un facteur de 2 à 3 lors de la fluidisation naissante, en raison d’une diminution de la densité apparente. La plupart des lits catalysés par des poudres utilisent ce groupe.

Groupe B La taille des particules se situe entre 40 et 500 µm et la densité des particules entre 1,4-4g/cm3. Le bullage se forme typiquement directement à la fluidisation naissante.

Groupe C Ce groupe contient des particules extrêmement fines et par conséquent les plus cohésives. Avec une taille de 20 à 30 µm, ces particules se fluidifient dans des conditions très difficiles à réaliser, et peuvent nécessiter l’application d’une force externe, telle qu’une agitation mécanique.

Groupe D Les particules de cette région sont supérieures à 600 µm et présentent généralement des densités de particules élevées. La fluidisation de ce groupe nécessite des énergies fluides très élevées et est typiquement associée à des niveaux élevés d’abrasion. Le séchage des grains et des pois, la torréfaction des grains de café, la gazéification des charbons et certains minerais métalliques torréfiés sont de tels solides, et ils sont généralement traités dans des lits peu profonds ou dans le mode de jaillissement.

DistributeurEdit

Typiquement, le gaz ou le liquide sous pression entre dans la cuve du lit fluidisé par de nombreux trous via une plaque appelée plaque de distribution, située au fond du lit fluidisé. Le fluide s’écoule vers le haut à travers le lit, provoquant la mise en suspension des particules solides. Si le fluide d’entrée est désactivé, le lit peut se déposer, se tasser sur la plaque ou ruisseler à travers la plaque.De nombreux lits industriels utilisent un distributeur de type sparger au lieu d’une plaque de distribution. Le fluide est alors distribué à travers une série de tubes perforés.