Fluidisation
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Si on augmente encore le débit, on va atteindre la vitesse correspondant à celle
qu’auraient les grains s’ils tombaient en chute libre dans le fluide immobile (point C
sur la figure 5.1.B). Les grains sont alors entraînés et éliminés dans le sens du courant
de fluide : c’est la vitesse maximale de fluidisation correspondant à la vitesse limite de
chute des particules, uiim. Une évaluation de Uiim peut donc être obtenue à l’aide des
lois de la sédimentation (c/ chapitres 1 et 2).
Notons que cette représentation du lit fluidisé est idéalisée. Elle correspond à
une fluidisation homogène (solide/liquide) dans laquelle les grains sont uniformément
dispersés dans tout le lit et la porosité locale est constante d’un point à un autre du lit.
Mais la plupart des opérations industrielles sont réalisées en phase gazeuse et dans ce
cas, la fluidisation est de type hétérogène.
2.4. Transferts thermiques
2.4.1. Généralités
Un des grands avantages des lits fluidisés par rapport aux lits fixes est de favoriser le transfert de chaleur entre solide et fluide, ou entre solides et parois grâce à l’agitation des particules au sein du fluide. En effet, cette agitation est importante et assure
une homogénéité des températures. Les systèmes fluidisés se rapprochent donc des
conditions isothermes ce qui est un élément important dans la plupart des applications
et notamment pour les réactions chimiques.
L’efficacité du transfert thermique dans les lits fluidisés est due à trois facteurs :
• le brassage intense du solide qui permet de dissiper les points chauds ou froids
dans toutes les parties du lit ;
• la capacité thermique élevée du solide par rapport à celle du gaz stabilisant
ainsi la température du lit fluidisé ;
• l’intensité des transferts entre le lit fluidisé et les parois de l’appareil ou les
surfaces de transfert qui permet d’extraire ou d’apporter la chaleur.
2.4.2. Transfert gaz-lit de particules
L’échange de chaleur entre le gaz et les particules du lit fluidisé intervient par
contact direct entre les deux phases. La corrélation de Ranz et Marshall permet d estimer le coefficient d’échange thermique par convection, hp, entre une particule et le lit
fluidisé par l’intermédiaire du nombre de Nusselt, Nu, défini par 1 équation 5.14 dans
laquelle Xf est le coefficient de conduction du fluide, ds le diamètre des particules
solides, Rep le nombre de Reynolds particulaire et Pr le nombre de Prandtl du fluide :
Nu= LA = 2 + 0.74 Re“5Prw
(5.14)
À/f
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Si on augmente encore le débit, on va atteindre la vitesse correspondant à celle
qu’auraient les grains s’ils tombaient en chute libre dans le fluide immobile (point C
sur la figure 5.1.B). Les grains sont alors entraînés et éliminés dans le sens du courant
de fluide : c’est la vitesse maximale de fluidisation correspondant à la vitesse limite de
chute des particules, uiim. Une évaluation de Uiim peut donc être obtenue à l’aide des
lois de la sédimentation (c/ chapitres 1 et 2).
Notons que cette représentation du lit fluidisé est idéalisée. Elle correspond à
une fluidisation homogène (solide/liquide) dans laquelle les grains sont uniformément
dispersés dans tout le lit et la porosité locale est constante d’un point à un autre du lit.
Mais la plupart des opérations industrielles sont réalisées en phase gazeuse et dans ce
cas, la fluidisation est de type hétérogène.
2.4. Transferts thermiques
2.4.1. Généralités
Un des grands avantages des lits fluidisés par rapport aux lits fixes est de favoriser le transfert de chaleur entre solide et fluide, ou entre solides et parois grâce à l’agitation des particules au sein du fluide. En effet, cette agitation est importante et assure
une homogénéité des températures. Les systèmes fluidisés se rapprochent donc des
conditions isothermes ce qui est un élément important dans la plupart des applications
et notamment pour les réactions chimiques.
L’efficacité du transfert thermique dans les lits fluidisés est due à trois facteurs :
• le brassage intense du solide qui permet de dissiper les points chauds ou froids
dans toutes les parties du lit ;
• la capacité thermique élevée du solide par rapport à celle du gaz stabilisant
ainsi la température du lit fluidisé ;
• l’intensité des transferts entre le lit fluidisé et les parois de l’appareil ou les
surfaces de transfert qui permet d’extraire ou d’apporter la chaleur.
2.4.2. Transfert gaz-lit de particules
L’échange de chaleur entre le gaz et les particules du lit fluidisé intervient par
contact direct entre les deux phases. La corrélation de Ranz et Marshall permet d estimer le coefficient d’échange thermique par convection, hp, entre une particule et le lit
fluidisé par l’intermédiaire du nombre de Nusselt, Nu, défini par 1 équation 5.14 dans
laquelle Xf est le coefficient de conduction du fluide, ds le diamètre des particules
solides, Rep le nombre de Reynolds particulaire et Pr le nombre de Prandtl du fluide :
Nu= LA = 2 + 0.74 Re“5Prw
(5.14)
À/f