Lit fluidisé

Définition

Un lit fluidisé est une couche d'un solide fluidifié par fluidisation, utilisé dans les procédés chimiques et dans la combustion efficace du charbon pour la production d'électricité. Le lit granulaire fluidisé est un lit de petites particules solides en suspension et maintenues en mouvement par un écoulement ascendant d'un fluide (tel qu'un gaz).

Processus de cristallisation en lit fluidisé :

La cristallisation en lit fluidisé élimine efficacement les ions inorganiques des eaux usées, avec une réduction de 75 % de la production de boues, et donc diminution du coût d'élimination.

Explications

Les lits fluidisés sont une technologie de processus très importante et courante utilisée pour tout, de la torréfaction des grains de café et du séchage des céréales agricoles au craquage catalytique fluide et à la granulation pharmaceutique.

⭐ Pour filtrer les minéraux précieux, les ingénieurs soufflent souvent des bulles d'air à travers le matériau dans une configuration appelée lit fluidisé bouillonnant, et une nouvelle amélioration pourrait rendre ce processus coûteux plus efficace.

Procédés

Le lit fluidisé est une technologie qui implique plusieurs phases, permettant un contact efficace entre elles, il est donc largement utilisé dans l'industrie chimique, la métallurgie, la production d'énergie pétrolière et thermique. Dans les procédés à lit fluidisé, les interactions gaz-solide et les réactions chimiques génèrent un grand nombre de variables à gérer, ce qui rend le procédé très complexe.

Par conséquent, la modélisation et la simulation en lit fluidisé sont largement utilisées pour prédire et analyser différents processus, mais il est possible de trouver dans la littérature de nombreuses corrélations mathématiques qui décrivent ce type d'écoulement. Le développement de la modélisation hydrodynamique des lits fluidisés permet de mieux comprendre les interactions entre les phases et l'influence de cette interaction. La génération de données expérimentales sur les interactions gaz-solide et solide-solide est également requise pour la validation des modèles numériques.

Bioréacteur à lit fluidisé

Un bioréacteur à lit fluidisé (BLF) est une combinaison des deux réacteurs à flux continu les plus courants, à lit fixe et à cuve agitée. Il a d'excellentes caractéristiques de transfert de chaleur et de masse. Dans le BLF, les cellules sont attachées à des solides sous forme de biofilm ou de granulés. En raison de la force de traînée du flux ascendant des eaux usées, elles peuvent être maintenues en suspension. Cela augmente leur activité catalytique, et ils sont connus pour provoquer des taux de dégradation plus élevés des déchets organiques. Le BLF peut fonctionner à la fois à des taux de charge hydraulique plus élevés et également à de faibles HRT.

Le bioréacteur à lit fluidisé anaérobie est considéré comme un réacteur plus efficace car il présente moins de risques de lessivage des particules qu'un réacteur UASB. De nos jours, le BLF a reçu plus d'attention en cas de traitement des eaux usées et également de production d'hydrogène. Le principal inconvénient du BLF anaérobie est qu'il nécessite plus d'énergie pour réaliser la fluidisation dans le bioréacteur

Cristallisation en lit fluidisé

La cristallisation en lit fluidisé utilise du sable de silice comme supports et germes de cristallisation pour récupérer les sels métalliques ou les ions inorganiques des eaux usées sous forme cristalline. Un flux ascendant correctement contrôlé maintient le lit de granulés, les germes et les cristaux à croissance adhésive dans un état fluidisé. Le contrôle de l'ajout de réactif chimique fournit une sursaturation appropriée pour la formation de cristaux. Les granulés sont déchargés lorsque la taille a atteint 1 à 2 mm de diamètre et s'est déposée par gravité au fond.

La technique permet de récupérer des ressources précieuses sous forme cristalline, et donc tirer profit du traitement des résidus, tout en respectant le code de mandat environnemental.

Les eaux usées contenant du fluor, conventionnellement traitées par un procédé de précipitation, qui génèrent une grande quantité de boues, peuvent être traitées par cristallisation en lit fluidisé. D'autres traitements des eaux usées tels que l'adoucissement de l'eau et l'élimination des métaux lourds peuvent également être effectués avec succès par les réacteurs de cristallisation en lit fluidisé.

Lits fluidisés de solides non catalytiques

Les opérations à lit fluidisé sont parfois des alternatives à celles à lits fixes. Certains des procédés réussis sont la combustion en lit fluidisé du charbon, le craquage des huiles de pétrole, la production d'éthylène à partir de gazoles en présence de sable fluidisé comme caloporteur, la cokéfaction en lit fluidisé, la production d'eau-gaz à partir du charbon (l'opération originale en lit fluidisé), récupération de l'huile de schiste de la roche, réduction du minerai de fer avec de l'hydrogène à une pression de 30 atm, combustion de la chaux, HCN à partir de coke+ammoniac+propane dans un four électrique fluidisé, et bien d'autres.

Bon nombre de ces processus ont des configurations d'équipement et des vitesses spatiales distinctes qui ne peuvent être généralisées, sauf dans la mesure où des relations générales s'appliquent à la stabilité du lit fluidisé, à la distribution de la taille des particules, au transfert de chaleur, aux étapes multiples et éventuellement à d'autres facteurs.

Combustion en réacteur à lit fluidisé

La conversion de combustibles gazeux lors de la combustion en boucle chimique a été étudiée dans un réacteur fluidisé à garnissage. Le dispositif expérimental consistait en un réacteur cylindrique à lit fluidisé bouillonnant à l'échelle du laboratoire d'un diamètre intérieur de 78 mm et d'une hauteur de 1,27 m. Deux types de carburant, le gaz de synthèse (50 :50 % H₂/CO) et le monoxyde de carbone (100 % CO), ont été utilisés.

Deux types de garnissage différents ont été évalués et comparés au cas de référence, qui était un lit bouillonnant sans garnissage. Les garnitures étudiées étaient des anneaux de selle filetés en acier inoxydable de 25 mm (RMSR) avec une densité apparente de 195 kg/m³ et des anneaux de selle en acier inoxydable de 25 mm (Hiflow) avec une densité apparente de 271 kg/m³.

La hauteur de la section du réacteur garni a été maintenue constante à 1 m. Des particules de concentré d'ilménite d'une taille comprise entre 90 et 212 μm ont été utilisées comme transporteur d'oxygène. La hauteur du lit non fluidisé variait entre 10 et 60 cm. Les résultats montrent que la conversion du combustible augmente à mesure que la hauteur du lit augmente et que l'utilisation de garnissages a un effet positif sur la conversion du combustible.

Pour les garnissages RMSR, la conversion du gaz de synthèse à 840 °C passe de 0,84 (pour une hauteur de lit de 10 cm) à 1,00 (pour une hauteur de lit de 60 cm). Ceci est à comparer au lit sans garnissage, pour lequel l'amélioration correspondante est de 0,69 à 0,98. Le schéma général est cohérent pour tous les combustibles, garnitures et hauteurs de lit.

Les résultats sont interprétés comme une amélioration du transfert de masse gaz-solide lorsque des garnissages sont utilisés, principalement en raison de la taille réduite des bulles. Une analyse fondamentale de la variance de la chute de pression sur le lit pour estimer le diamètre de la bulle soutient cette interprétation. Il est également montré que le facteur de contact de réaction effectif de premier ordre basé sur la masse kf s'améliore jusqu'à 109 % dans le lit avec garnissage RMSR par rapport au lit sans garnissage.

Fours à lit fluidisé

Les fours à lit fluidisé sont constitués d'une chambre de réaction cylindrique ou rectangulaire et de chambres d'alimentation en air de la sole de distribution. Le foyer de distribution est une plaque de béton ou une grille métallique percée de trous à l'intérieur, qui assure une distribution uniforme du souffle sur la section transversale de la chambre.

Les particules de paille/enveloppe de riz et d'autres matières particulaires (telles que le sable) sont mises en suspension dans un lit fluidisé chaud. De l'air est insufflé à l'intérieur du four pour fluidifier le lit et fournir l'oxygène nécessaire à la combustion. Le produit est évacué du four par l'extrémité supérieure du four. Les particules en suspension dans l'air assurent un mélange intense de gaz et de solides, un transfert de chaleur rapide et des réactions chimiques rapides dans le lit.

Les fours à lit fluidisé sont plus efficaces et économiques que les fours à lit fixe pour la combustion paille/coque.

Par rapport à d'autres types de fours (même à four rotatif), le four à lit fluidisé permet une interaction plus efficace entre la paille/coque et l'air et produit une cendre plus uniforme. La supériorité du lit fluidisé sur le réacteur à lit fixe est liée à la capacité de contrôle de la température dans le système à lit fluidisé.

En rapport avec "lit fluidisé"

• combustion

  

  La combustion est le processus de brûler quelque chose, suite à une réaction chimique entre des substances, comprenant généralement de l'oxygène.

• fluidisation

  

  La fluidisation est un processus par lequel un fluide ascendant (liquide, gaz ou les deux) est utilisé pour suspendre les particules solides.

• lit d'un cours d'eau

  

  Le lit d'un cours d'eau est un fond de vallée où l'eau provenant du ruissellement est concentrée. Le lit, de rivière ou de ruisseau, est la partie d'une...

• matières en suspension

  

  Les matières en suspension sont l'ensemble des particules solides minérales ou organiques présentes dans de l'eau.