Etude de l'hydrodynamique d'un décanteur industriel

 Zena Fadel

Morgan Baradel

La sédimentation est une technique séparative très courante en génie des procédés car elle ne nécessite pas d’apport d’énergie et repose sur la simple différence de densité entre la phase solide et la phase fluide.

 

La société Rhodia, est intéressée par l’étude de l’hydrodynamique de son décanteur conique, intervenant après une réaction catalytique.

Le catalyseur, formé de fines particules de métal a tendance à s’accumuler dans le fond du décanteur, et ce, malgré la présence d’un racleur. Au bout de quelques mois d’utilisation, cette accumulation parvient à obstruer la sortie inférieure du décanteur. Un nettoyage de cette sortie s’avère donc indispensable. Pour désobstruer cette dernière, un arrêt temporaire de la production est nécessaire. Afin d’éviter l’interruption de la fabrication de plusieurs tonnes de produit, la société Rhodia cherche à déterminer les causes de cette obstruction afin de mettre fin à ce problème.

 

Simulation numérique

 



Modèle Euler-Euler / simulation en 2D sur géométrie simple

 

Les résultats obtenus ne sont pas conformes aux résultats attendus. La sédimentation est beaucoup trop rapide. Avec la vitesse de chute calculée théoriquement, la sédimentation aurait dû se produire en plus d’une minute, alors qu’avec les résultats obtenus, la sédimentation quasi-complète ne prend que quelques secondes…

 

Modèle phase discrète / simulation en 3D

 

Nécessité de définir une injection à mise en place d’un mécanisme d’agitation

 

Les résultats obtenus laissent penser que l’agitation de type barreau est insuffisante pour fluidiser les particules de diamètre 19 μm et  de masse volumique de plus de 4000 kg/m3.

Il faudrait envisager une agitation plus efficace (type hélice), et entrer un profil de quantité de mouvement dans une zone autour du barreau, pour réussir à obtenir une répartition uniforme du solide dans le volume et pouvoir lancer la sédimentation.


 

Importance des paramètres expérimentaux

 

Face à la problématique des conditions expérimentales, nous avons décidé de mettre en évidence l’importance des conditions initiales sur la vitesse apparente de la sédimentation, qui pourrait éventuellement contribuer à la définition d’une future expérience-test.

Pour cela, nous avons envisagé la décantation en cellule cylindrique 3D, en partant d'une fraction volumique uniforme en solide, avec et sans mouvement initial tangentiel du liquide, pour montrer l'importance de l’agitation initiale sur la sédimentation.