[fr] Dans ce travail, nous étudions les conditions de mise en suspension homogène de particules de sels d’aluminium dans l’eau, dans une cuve cylindrique à fond GRC, équipée d’un mobile de type Pfaudler RCI et de trois contre-pales équidistantes. Le but de la présente étude est de développer un modèle CFD permettant de caractériser la qualité de la dispersion de solides à l’échelle industrielle. Une fois validé sur
base de données expérimentales, le modèle est ensuite utilisé pour établir une corrélation de scale-up et
scale-down permettant de prédire la vitesse de mise en suspension homogène, Nhs, dans des cuves de différentes tailles. Le logiciel CFD Fluent 14 est utilisé pour créer le modèle de mise en suspension du solide dans la cuve agitée. La géométrie 3D d’une cuve de 70L ainsi que son maillage sont respectivement réalisés à l’aide des logiciels d’Ansys 14 DesignModeler et Meshing. Un maillage glissant est utilisé afin de reproduire la rotation du mobile. La simulation est réalisée en deux étapes, le champ de vitesse du liquide dans la cuve est tout d’abord simulé en utilisant un modèle de turbulence k-ε standard. La distribution du solide dans la cuve est ensuite simulée par l’implémentation d’un modèle Eulerian-Mixture. Les champs de vitesse simulés sont validés expérimentalement sur base de mesures des champs de vitesse mesurés par PIV (Particule Image Velocimetry). La vitesse Nhs calculée par simulation est comparée avec succès à la vitesse déterminée expérimentalement sur base de mesures néphélométriques
réalisées près de la surface libre du liquide. Enfin, des mesures réalisées sur des cuves géométriquement semblables mais de tailles différentes ont permis de corréler Nhs à la puissance volumique dissipée. [en] In this work, we study the conditions needed to reach homogeneous distribution of solid particles of aluminium salts in water inside a GRC bottom shape stirred tank of 70L equipped with Pfaudler RCI type impeller and three equispaced vertical baffles. The aim of the present study is to develop a CFD model describing the quality of particle distribution at the industrial scale. This model, validated with
experimental data, is afterward used to developed scale-up and scale-down correlation to predict the
minimum impeller speed needed to reach homogeneous solid distribution Nhs. The commercial CFD tool Fluent 14 is used to model the fluid flow and the solid particle distribution in the tank. The 3D geometry of the tank and the associated mesh are realized respectively by Ansys 14 DesignModeler and Meshing. The Sliding-Mesh approach is used to take into account the impeller motion. Assuming that only the continuous phase is present, the fluid flow dynamics may be simulated independently using the wellknown k-ε turbulence model. The behaviour of the liquid-solid mixture is then described implementing the Eulerian Mixture model. Liquid velocity fields simulated by CFD have been validated by comparison with PIV (Particle Image Velocimetry) measurements. Computed Nhs is well compared to experimental data obtained with a nephelometric probe. Results obtained at different scales allowed correlating Nhs and volumetric power consumption.
Research center :
Université de Liège, Département de Chimie Appliquée, Laboratoire de Génie Chimique
Disciplines :
Chemical engineering
Author, co-author :
Calvo, Sébastien ; Université de Liège - ULiège > Département de chimie appliquée > Génie de la réaction et des réacteurs chimiques
Delafosse, Angélique ; Université de Liège - ULiège > Département de chimie appliquée > Génie chimique - Génie catalytique
Collignon, Marie-Laure ; Université de Liège - ULiège > Département de chimie appliquée > Département de chimie appliquée
Crine, Michel ; Université de Liège - ULiège > Département de chimie appliquée > Génie chimique - Opérations physiques unitaires
Toye, Dominique ; Université de Liège - ULiège > Département de chimie appliquée > Génie de la réaction et des réacteurs chimiques
Language :
French
Title :
Caractérisation expérimentale et modélisation des conditions de mise en suspension homogène d’un solide dans une cuve agitée industrielle
Alternative titles :
[en] Experimental characterisation and modelling of homogeneous solid suspension conditions in an industrial stirred tank
Publication date :
September 2013
Event name :
XIV Congrès SFGP 2013 – "les sciences du génie des procédés pour une industrie durable"
Ce travail présente l'intérêt de l'utilisation de code de CFD (Computational Fluid Dynamic) simple dans le but de répondre à un problème industriel. Il s'agit ici de définir les conditions de maintien en suspension homogène de particule solide au sein d'une cuve agitée industrielle.
