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Chapitre 5
l'obtention de meilleurs rendements et aussi une sélectivité supérieure. On atteint ces
conditions grâce au brassage important du solide qui évite la présence de points locaux
chauds ou froids dans les réacteurs. De plus, la présence de solides ayant toujours des
capacités thermiques élevées par rapport à celles des gaz est un bon moyen pour
stabiliser la température des gaz.
Les réactions chimiques gaz-gaz et gaz-solide sont de très bonnes applications
de la fluidisation. Dans les réactions gaz-solide, un réactif solide constitue le lit fluidisé et réagit avec un gaz réactif comme pour le grillage des sulfures par exemple, selon
la réaction suivante :
PbS + 3/2 O2 -» PbO + SO2
Dans les réactions gaz-gaz, les gaz réactifs permettent la mise en place d'un lit
fluidisé constitué par le catalyseur. C'est le cas du craquage catalytique à lit fluidisé
(Fluid Catalytic Cracking, FCC) des hydrocarbures lourds à 500-700 °C en hydrocarbures plus légers séparés ensuite par distillation ou la polymérisation des oléfines par
le catalyseur Ziegler-Natta déposé sur des microbilles de support poreux (silice ou
chlorure de magnésium) ou encore l’électrolyse de l'eau en lit fluidisé de «nanocatalyseur» à base de nickel et de fer.
1.2. Phénomènes de fluidisation
Soit un lit de particules données reposant sur un support poreux horizontal à
l’intérieur d’une colonne (cf. figure 5.1.A). Ce lit est traversé par un courant de fluide
(liquide ou gaz) ascendant dont on augmente progressivement le débit. En dessous
d'un débit minimal, le lit reste immobile, on parle de lit fixe (fixed bed). La perte de
charge subie par le fluide, Apf, à travers le lit fixe augmente linéairement avec la vitesse, u, du fluide (cf. figure 5.1 B). Au delà d’un seuil de débit minimal, on observe un
mouvement des particules qui se comportent comme si elles se trouvaient en apesanteur. La vitesse correspondante est la vitesse minimale de fluidisation (minimum fluidization velocity), notée u^n par la suite. Le lit de particules en suspension dans le fluide
se comporte comme un fluide et possède donc toutes ses propriétés favorisant le mélange et l’écoulement du solide. C’est ce que l’on appelle le lit fluidisé (fluidized bed)
(cf. figure 5.1 A). L’état fluidisé se maintient sur une large plage de débit, l’augmentation de la vitesse se traduisant alors par une expansion du lit de particules et une
perte de charge du fluide, Apfd, constante (cf. figure 5.1 B). Ce phénomène est dû au
fait que la pression nécessaire pour maintenir le lit fluidisé en suspension correspond
au poids de la suspension par unité de surface du lit.
a Au delà de la vitesse limite de chute des particules, Uüm, les particules sont
entraînées et la perte de charge chute car la masse de particules présentes diminue.
L état fluidisé apparaît donc comme la transition entre l’état fixe et l’entrainement. On
peut remarquer un phénomène d’hystérésis au minimum de fluidisation où la perte de
charge, Apfd, peut être différente lors de la montée ou de la descente en vitesse du
fluide, u. En effet, lors de la montée en vitesse du fluide et lorsque l’état fluidisé est
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l'obtention de meilleurs rendements et aussi une sélectivité supérieure. On atteint ces
conditions grâce au brassage important du solide qui évite la présence de points locaux
chauds ou froids dans les réacteurs. De plus, la présence de solides ayant toujours des
capacités thermiques élevées par rapport à celles des gaz est un bon moyen pour
stabiliser la température des gaz.
Les réactions chimiques gaz-gaz et gaz-solide sont de très bonnes applications
de la fluidisation. Dans les réactions gaz-solide, un réactif solide constitue le lit fluidisé et réagit avec un gaz réactif comme pour le grillage des sulfures par exemple, selon
la réaction suivante :
PbS + 3/2 O2 -» PbO + SO2
Dans les réactions gaz-gaz, les gaz réactifs permettent la mise en place d'un lit
fluidisé constitué par le catalyseur. C'est le cas du craquage catalytique à lit fluidisé
(Fluid Catalytic Cracking, FCC) des hydrocarbures lourds à 500-700 °C en hydrocarbures plus légers séparés ensuite par distillation ou la polymérisation des oléfines par
le catalyseur Ziegler-Natta déposé sur des microbilles de support poreux (silice ou
chlorure de magnésium) ou encore l’électrolyse de l'eau en lit fluidisé de «nanocatalyseur» à base de nickel et de fer.
1.2. Phénomènes de fluidisation
Soit un lit de particules données reposant sur un support poreux horizontal à
l’intérieur d’une colonne (cf. figure 5.1.A). Ce lit est traversé par un courant de fluide
(liquide ou gaz) ascendant dont on augmente progressivement le débit. En dessous
d'un débit minimal, le lit reste immobile, on parle de lit fixe (fixed bed). La perte de
charge subie par le fluide, Apf, à travers le lit fixe augmente linéairement avec la vitesse, u, du fluide (cf. figure 5.1 B). Au delà d’un seuil de débit minimal, on observe un
mouvement des particules qui se comportent comme si elles se trouvaient en apesanteur. La vitesse correspondante est la vitesse minimale de fluidisation (minimum fluidization velocity), notée u^n par la suite. Le lit de particules en suspension dans le fluide
se comporte comme un fluide et possède donc toutes ses propriétés favorisant le mélange et l’écoulement du solide. C’est ce que l’on appelle le lit fluidisé (fluidized bed)
(cf. figure 5.1 A). L’état fluidisé se maintient sur une large plage de débit, l’augmentation de la vitesse se traduisant alors par une expansion du lit de particules et une
perte de charge du fluide, Apfd, constante (cf. figure 5.1 B). Ce phénomène est dû au
fait que la pression nécessaire pour maintenir le lit fluidisé en suspension correspond
au poids de la suspension par unité de surface du lit.
a Au delà de la vitesse limite de chute des particules, Uüm, les particules sont
entraînées et la perte de charge chute car la masse de particules présentes diminue.
L état fluidisé apparaît donc comme la transition entre l’état fixe et l’entrainement. On
peut remarquer un phénomène d’hystérésis au minimum de fluidisation où la perte de
charge, Apfd, peut être différente lors de la montée ou de la descente en vitesse du
fluide, u. En effet, lors de la montée en vitesse du fluide et lorsque l’état fluidisé est