Avant-propos
Ce manuel s’inscrit dans la suite des deux précédents publiés chez Lavoisier
Tec & Doc. Le premier décrit les Principes fondamentaux du génie des procédés et le
deuxième traite la Mécanique des fluides et des solides appliquée à la chimie. Le troisième aborde naturellement les opérations de séparation mécanique des milieux renfermant des solides et des fluides. Ces opérations de séparation sont très importantes
en milieu industriel. En effet, la plupart des produits manufacturés par les diverses
industries (chimiques, pharmaceutiques, énergétiques, agroalimentaires, matériaux,
etc.) se présentent sous forme solide. Le tonnage de ces produits industriels est très
important puisque les solides représentent environ les 2/3 de la production industrielle.
De plus, la majorité des matières premières gazeuses et liquides (carburants exclus)
servent à produire des solides. Avant d’être commercialisés sous cette forme unique,
les solides sont associés à un fluide au moins à un stade de leur production. Ces industries sont donc très souvent confrontées à des problèmes de séparation entre les solides
et les gaz ou les liquides auxquels ils sont mélangés. Cette association solide-fluide
peut être aussi recherchée lorsque l’on veut maintenir un contact homogène entre les
deux phases solide et fluide pour que, par exemple, une réaction chimique se déroule
en milieu diphasique avec un taux de conversion convenable tout en réduisant la formation de produits secondaires (réactions en lit fluidisé).
Les procédés associant deux phases peuvent être très différents selon que l’objectif recherché est de :
• maintenir un contact intime entre les deux phases pour que la réaction ou le
transfert soit optimal. Dans une réaction chimique en lit fluidisé ou dans une opération
physique de séchage ou de transport fluidique, on cherchera à obtenir un milieu parfaitement homogène pour éviter la création de passages préférentiels et de volumes
morts ;
• séparer convenablement et rapidement les deux phases pour valoriser une
seule phase, ou les deux phases, ou pour débarrasser la phase liquide ou gazeuse des
particules qui sont en suspension dans le fluide. Ces séparations se font sous l’influence d’une force (de gravité, centrifuge ou de pression) ou d’un organe de séparation
(filtre, membrane). Le choix de l’opération de séparation est évidemment guidé par la
nature du système diphasique et, notamment, par les caractéristiques physiques du
solide et du liquide (masse volumique, répartition granulométrique, porosité, etc.).
La mécanique des fluides prend en compte uniquement les différences de pression et de vitesse dans le déplacement des fluides seuls (liquide ou gaz) dans des conduites. Lorsque les fluides sont associés à des substances solides, le milieu n’est plus
continu et des interactions entre les composés sous ces divers états se produisent. On
dit alors que nous sommes en présence d’un milieu diphasique (ou polyphasique si
plus de deux phases sont en présence). Lorsqu’un fluide et un solide immergé sont en
mouvement relatif l’un par rapport à l’autre, des forces de frottement visqueux et de
pression s’exercent sur le solide (forces de gravité, d inertie et de résistance à
Ce manuel s’inscrit dans la suite des deux précédents publiés chez Lavoisier
Tec & Doc. Le premier décrit les Principes fondamentaux du génie des procédés et le
deuxième traite la Mécanique des fluides et des solides appliquée à la chimie. Le troisième aborde naturellement les opérations de séparation mécanique des milieux renfermant des solides et des fluides. Ces opérations de séparation sont très importantes
en milieu industriel. En effet, la plupart des produits manufacturés par les diverses
industries (chimiques, pharmaceutiques, énergétiques, agroalimentaires, matériaux,
etc.) se présentent sous forme solide. Le tonnage de ces produits industriels est très
important puisque les solides représentent environ les 2/3 de la production industrielle.
De plus, la majorité des matières premières gazeuses et liquides (carburants exclus)
servent à produire des solides. Avant d’être commercialisés sous cette forme unique,
les solides sont associés à un fluide au moins à un stade de leur production. Ces industries sont donc très souvent confrontées à des problèmes de séparation entre les solides
et les gaz ou les liquides auxquels ils sont mélangés. Cette association solide-fluide
peut être aussi recherchée lorsque l’on veut maintenir un contact homogène entre les
deux phases solide et fluide pour que, par exemple, une réaction chimique se déroule
en milieu diphasique avec un taux de conversion convenable tout en réduisant la formation de produits secondaires (réactions en lit fluidisé).
Les procédés associant deux phases peuvent être très différents selon que l’objectif recherché est de :
• maintenir un contact intime entre les deux phases pour que la réaction ou le
transfert soit optimal. Dans une réaction chimique en lit fluidisé ou dans une opération
physique de séchage ou de transport fluidique, on cherchera à obtenir un milieu parfaitement homogène pour éviter la création de passages préférentiels et de volumes
morts ;
• séparer convenablement et rapidement les deux phases pour valoriser une
seule phase, ou les deux phases, ou pour débarrasser la phase liquide ou gazeuse des
particules qui sont en suspension dans le fluide. Ces séparations se font sous l’influence d’une force (de gravité, centrifuge ou de pression) ou d’un organe de séparation
(filtre, membrane). Le choix de l’opération de séparation est évidemment guidé par la
nature du système diphasique et, notamment, par les caractéristiques physiques du
solide et du liquide (masse volumique, répartition granulométrique, porosité, etc.).
La mécanique des fluides prend en compte uniquement les différences de pression et de vitesse dans le déplacement des fluides seuls (liquide ou gaz) dans des conduites. Lorsque les fluides sont associés à des substances solides, le milieu n’est plus
continu et des interactions entre les composés sous ces divers états se produisent. On
dit alors que nous sommes en présence d’un milieu diphasique (ou polyphasique si
plus de deux phases sont en présence). Lorsqu’un fluide et un solide immergé sont en
mouvement relatif l’un par rapport à l’autre, des forces de frottement visqueux et de
pression s’exercent sur le solide (forces de gravité, d inertie et de résistance à