Les réacteurs à lit fixe arrosé vers le bas en régime ruisselant se comportent comme des filtres en profondeur quand des liquides contaminés entrent en contact avec le lit. La rétention des solides de petite taille occasionne une augmentation progressive de la perte de charge. Éventuellement, l’opération du réacteur doit être interrompue et le lit colmaté est écarté, même si le matériel catalytique qui le constitue demeure encore actif occasionnant de la sorte des pertes économiques importantes. Cet ouvrage propose des méthodes et des modèles pour la simulation du colmatage du lit fixe avec des écoulements mono et biphasiques. Deux niveaux d’analyse sont présentés. Au niveau du lit complet, le modèle Eulérien-Eulérien, qui est une procédure de la mécanique des fluides numérique (CFD), permet l’inclusion des équations de fermeture pour le transfert de masse et de quantité de mouvement dans le contexte de la filtration en profondeur (deep bed filtration, DBF).. A l’échelle d’un seul élément de garnissage, l’analyse de trajectoire est couramment acceptée pour l’étude du taux de capture de particules dans le cadre de la filtration en profondeur dans le lit fixe. Dans le cas de l’écoulement monophasique, la capture de particules est calculée par l’expression de Rajagolapan & Tien (1976). L’insertion de cette expression dans le code CFD fourni des informations utiles à propos du comportement de la colonne en état transitoire. Dans le cas de l'écoulement biphasique en régime ruisselant, aucune procédure d’analyse de trajectoire n'est connue. En conséquence, une toute nouvelle adaptation de cette méthodologie est proposée. En utilisant un modèle de film pour représenter le réacteur à lit arrosé, l'analyse de TA est accomplie dans les cas suivants; monophasique et biphasique avec déposition monocouche et multicouche. Les tendances de TA concordent avec l'analyse de Rajagopalan et Tien (1976) démontrant que les mécanismes de capture sont du même type que ceux qui se présentent dans l'écoulement monophasique et qu’ils sont modifiés uniquement par la présence de la phase gazeuse. Les résultats ont été comparés aux données expérimentales de Gray et al. (2002). La rétention liquide statique (SLH) est un paramètre qui, selon des observations expérimentales, affecte sensiblement la capture en conditions multiphasiques. Une collection presque exhaustive des données de la SLH a été construite à partir de la littérature expérimentale disponible. Avec ces données de SLH et avec l'utilisation d'un algorithme considérant un minimum d'énergie de ménisque, des angles de contact moyennés pour une gamme de liquides et de garnissages ont été obtenus. En réinsérant les angles de contact calculés dans un logiciel de réseaux neuronaux, une corrélation qui surpasse toutes les corrélations disponibles a été obtenue. À l’avenir, il serait souhaitable que la rétention liquide statique soit incluse dans le modèle de colmatage, ou à tout le moins dans l’analyse des trajectoires. / Trickle bed reactors (TBR) behave as deep bed filtration (DBF) units when the liquid feedstock is contaminated with fine particles. Solid retention causes an ever increasing pressure drop in the bed that leads to eventual halting of the installation. Industry response has been so far to change the plugged, but still active, catalytic bed with a fresh catalyst packing causing important profit losses of the process. In this work two levels of analysis are proposed for the DBF in single and two phase trickle flow conditions. At bed scale, an Eulerian-Eulerian CFD approach is used that provides the framework for the insertion of closure equations for the mass transfer in DBF. At pore scale, Trajectory Analysis (TA) is used as is an accepted procedure for the analysis of Deep Bed Filtration (DBF) in single-phase aqueous systems. In single phase flow through packed beds, the known TA based expression of Rajagolapan and Tien (1976) is used. By inserting this expression in the CFD approach it becomes possible to obtain valuable information about the transient structure and development of plugging. Benchmarking was obtained with the work of Narayan et al. (1997). In two phase trickle flow, no TA approach is known so far and an all new extension of this methodology is proposed in this work. Using a film model to represent the trickle bed reactor, TA analysis is performed in single phase, one-layer and multilayer deposition in TBR conditions. TA tendencies were akin to the analysis of Rajagopalan and Tien (1976) demonstrating that deposition mechanisms are of the same kind as in the single phase flow only modified by the presence of the gas phase. Results were compared with the data of Gray et al. (2002). Static liquid hold-up (SLH) is a parameter that, according to experimental observations, affects significantly solid deposition in multiphase conditions. An almost exhaustive collection of SLH values was constructed from the available experimental literature. With the SLH data and with the use of a minimum energy algorithm, average contact angles for a wide range of liquids and packing were obtained. Reinserting the calculated contact angles in neural network software, a correlation was obtained which outperforms all the available correlations. It is hoped that in future work, this last parameter, the SLH, will be included in the plugging model or at least in the trajectory analysis at the collector scale.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/17903 |
| Date | 11 April 2018 |
| Creators | Ortiz-Arroyo, Arturo |
| Contributors | Larachi, Faïcal, Grandjean, Bernard |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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