Des grains, des gouttes et des bulles : quand génie des procédés se conjugue avec hydrodynamique et pédagogie - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2017

Grains, drops and bubbles: when chemical engineering is coupled with hydrodynamics and pedagogy

Des grains, des gouttes et des bulles : quand génie des procédés se conjugue avec hydrodynamique et pédagogie

Résumé

Multiphase reactors are used in many industrial fields (e.g., the oil and gas industry, the pharmaceutical, nuclear and polymers industries, as well as wastewater treatment...). Their complexity is due to the fact that reactions, fluid and powder flow, and heat and mass transfer take place simultaneously in these reactors. This complexity not only means that modeling of the equipment has to be carried out in order to adapt or optimize it for industrial applications, but at the same time makes such modeling difficult. Chemical engineering, an applied and interdisciplinary science, provides the necessary tools to select the most suitable experimental and modeling scales and to couple different approaches. This dissertation reports on twenty years of research in this area, focusing specifically on the construction, hydrodynamic study and modeling of pilot plants. Five examples of multiphase processes, mainly reactors and in particular rotary kilns, are presented to show how these hydrodynamic studies have led to significant progress in our understanding of these reactors, at the macro- and mesoscopic scales. The experimental results obtained were then exploited via dimensional analysis or used to build a phenomenological model which describes the hydrodynamic features in greater detail than is usual in this type of approach. The final chapter presents some recent developments in digital teaching, which is proposed as a full-fledged research field in itself in chemical engineering.
Les réacteurs polyphasiques sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels (pétrochimie, pharmacie, nucléaire, polymères, mais aussi traitement des eaux…). Leur complexité tient au fait que s’y déroulent simultanément des réactions, des écoulements et des transferts de matière et de chaleur. Cette complexité tout à la fois impose la modélisation de l’équipement en vue de son industrialisation ou de son optimisation et rend difficile cette modélisation. Le génie des procédés, science appliquée et intégrative, fournit des outils pour choisir les bonnes échelles d’expérimentation et de modélisation et coupler les approches. Ce mémoire retrace une vingtaine d’années de recherche dans le domaine, en focalisant le propos sur : la construction de pilotes, leur étude hydrodynamique et la modélisation. Au travers de cinq exemples de procédés polyphasiques, essentiellement des réacteurs et en particulier le four tournant, il s’agit de montrer comment les études hydrodynamiques ont permis d’avancer significativement dans la compréhension de ces réacteurs aux échelles macro- comme mésoscopiques. Les résultats expérimentaux ont ensuite été capitalisés par analyse dimensionnelle ou utilisés pour bâtir un modèle phénoménologique, qui s’attache à décrire les aspects hydrodynamiques de manière plus détaillée que de coutume dans ce type d’approche. La pédagogie numérique, dont quelques développements sont exposés dans le dernier chapitre, est proposée comme un domaine de recherche à part entière en génie des procédés.
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memoireHDR_MarieDEBACQnew.pdf (15.8 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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Dates et versions

tel-01665475 , version 1 (15-12-2017)
tel-01665475 , version 2 (09-01-2018)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01665475 , version 2

Citer

Marie Debacq. Des grains, des gouttes et des bulles : quand génie des procédés se conjugue avec hydrodynamique et pédagogie. Génie des procédés. Université de Lorraine, 2017. ⟨tel-01665475v2⟩
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