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    Modélisation de la vitesse de séchage du maïs

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    Cet article consiste à présenter un autre modèle appliqué à la détermination de la vitesse de séchage du produit hygroscopique. Ce modèle est obtenu par la ressemblance entre la cinétique chimique et la cinétique de séchage. L’intérêt de ce présent travail c’est de trouver un modèle simple, facile et fiable pour caractériser la vitesse de séchage du produit. En adoptant ce modèle, nous avons obtenu un autre modèle mathématique de la cinétique de séchage du maïs. Nous validons le modèle adopté par rapport à l’autre modèle, nous observons que les résultats sont en accords.Mots-clés : Modèle, vitesse séchage, cinétique de séchage, produitshygroscopiques, maïs

    Germination, croissance et modèles cinétiques

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    Il est généralement admis que les transformations chimiques des solides divisés (réaction avec un ou plusieurs gaz ou décomposition thermique) mettent en jeu deux processus, la germination et la croissance, dont les mécanismes sont différents. Leur vitesse évolue donc différemment avec la température et la pression partielle des gaz. En fait, en oxydation des métaux et alliages, le processus de germination est rarement pris en compte excepté dans des conditions très particulières, par exemple avec des surfaces préalablement traitées sous ultra-vide pour éliminer toute trace d'oxyde natif, et avec des conditions d'oxydation très douces (faible pression, faible température). Donc en général pour un métal à haute température, le seul processus responsable de l'oxydation est la croissance de la couche d'oxyde. De plus, les modèles cinétiques reposent généralement sur l'hypothèse d'échantillons plans de très faible épaisseur (plaquettes). Ainsi les lois cinétiques peuvent être calculées pour une étape limitante donnée, d'où par exemple la loi parabolique en régime diffusionnel, et la loi linéaire en régime d'interface. Il est cependant intéressant d'élargir le cadre de la cinétique d'oxydation à des situations plus compliquées où le solide se présente sous la forme d'un ensemble de grains et peut réagir avec un ou plusieurs gaz. Comment dans ce cas calculer la loi cinétique donnant la variation de la prise de masse au cours du temps ? On conçoit aisément qu'il soit nécessaire de considérer la forme géométrique des grains et la croissance du produit formé, mais cela ne suffit pas, il faut également tenir compte de la germination qui, dans ce cas, se produit à la surface des grains. Le but du cours est de montrer comment construire un modèle cinétique complet, en précisant les hypothèses communes et spécifiques aux différents modèles possibles. L'utilisation de logiciels de cinétique hétérogène sera également évoquée

    Élimination de métaux par adsorption en réacteur à membranes à lit mobile de particules et en réacteur lit fixe continu - Approche cinétique

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    Ce travail propose un nouveau procédé d'élimination du Cu2+ par adsorption sur des résines échangeuses d'ions poreuses, mises en œuvre dans un réacteur à membrane à lit mobile de particules. Ce procédé a été étudié sur le plan cinétique pour des solutions synthétiques de Cu(II) dans de l'eau. L'application visée à moyen terme est l'intégration de cette opération unitaire dans une filière de traitement complète des effluents industriels liquides.L'étude cinétique a été réalisée avec une résine cationique forte Mono C-350H en réacteur agité fermé et thermostaté. Les isothermes d'adsorption ont été établies à 21°C et les paramètres de Langmuir et de Freundlich ont été calculés. Une étude de l'influence de la vitesse d'agitation et de la température sur la vitesse réactionnelle apparente a permis de déterminer la zone opératoire correspondant à un régime cinétique. Ce régime est obtenu pour un Reynolds d'agitation supérieur à 4700 et une température inférieure à 60°C. Dans ces conditions, l'ordre de la réaction par rapport au Cu2+ est de un et la constante cinétique exprimée par unité de masse de particules est kwapp=0,03721 lgrés-1min-1 à 21°C. L'énergie d'activation de la réaction a également été déterminée.Par ailleurs, en s'appuyant sur les résultats de l'étude cinétique, les premiers éléments de comparaison d'un réacteur classique à lit fixe et d'un réacteur original à membranes à lit de particules sont présentés. Pour le même débit à traiter, en fixant dans les deux cas un taux de conversion objectif de 95 %, le nouveau procédé permettant d'utiliser des particules de plus faible diamètre conduit à une réduction du volume de particules réactives d'un facteur 4, de la puissance énergétique à fournir au système d'un facteur 3 à 5. Les performances prometteuses de ce procédé restent à valider lors d'une étude pilote.Legislation in France and in Europe is becoming more rigorous for industrial fluid wastes, which is encouraging many industries to find a proper solution to their effluent problems and to include a complete wastewater treatment plant in their process. This paper focuses on effluents containing metallic compounds, which can be toxic. For Cu(II) the maximal allowed concentration is 1 mg/l. Many unit operations can be used to remove metal compounds from industrial waste waters, but the most widely used are scaling followed by settling and/or filtration, adsorption, solvent extraction and incineration. The main drawbacks encountered with these processes are:1. a low yield, 2. high operating and investment costs, 3. sludge production. This paper deals with a new unit operation to be included in a complete treatment line in place of adsorption, for removing metallic compounds. This new operation consists of a membrane moving bed reactor, which uses very fine dispersed adsorbent particles, so as to increase the particles' specific area. The particles are circulated with the water and separated from the treated water by an ultrafiltration hollow fibre or tubular membrane. The potential advantages of the process are the following: use of high specific area particles, production of a permeate without particles or suspended matter, no bed fouling (in comparison with fixed bed adsorption), continuous separation of metallic compounds and particles by the membrane. Moreover, we have chosen porous ion exchange resins as adsorbent particles, thus allowing a further continuous regeneration and recycling of the particles.The aim of this first paper on this new reactor is to introduce a comparison between the performances of a conventional fixed bed reactor and those of the moving bed membrane reactor, for the removal of Cu(II) from pure water. The first step for this study consists of a characterization of the particles/metallic compounds interactions in terms of kinetic rates and adsorption isotherms. Ion exchange is here considered with a chemical engineering approach, as a heterogeneous liquid/solid reaction.Experiments have been carried out in a thermostatted 1 litre stirred batch reactor. The solutions are prepared with CuSO4 . 5H20 in demineralised water. Cu(II) concentrations are measured by spectro-colorimetry using the regulation T90022 from AFNOR. Particles are cationic ion exchange resins referenced as Mono C-350H. Their mean diameter (315 mm) is higher than the membrane pore diameter (0.01 mm). No membrane internal fouling will then occur during particle filtration. Moreover the particle diameter is lower than the inner diameter of the fibres to prevent plugging of the hollow fibre.The adsorption isotherms have been determined at 21°C and the relevant Langmuir and Freundlich parameters are given in Table 2. The influence of stirring velocity and temperature in the reactor on the reaction rate has been studied. For stirring velocities above 100 rpm, the apparent reaction rate is independent of the stirring velocity. That means that the kinetic regime is obtained for stirring Reynolds numbers higher than 4700. The plot of Lnkwapp against T-1, at a constant and high enough stirring velocity to prevent external diffusion limitations, shows two linear areas :- under 60°C, the kinetic regime is obtained, thus allowing the determination of the reaction activation energy (given in Table 3); - above 60°C, the internal diffusion is limiting. In the kinetic controlled area, the reaction was found to be first-order and the rate constant expressed by mass of particles is kwapp=0.03721 lgrés-1 min-1 at 21 °C.Using the kinetic data, it is possible to design and to compare the characteristics of a fixed bed reactor and a moving bed reactor, which would have the same conversion rate (95 %), for the same effluent flow rate to treat (5 m3/h). As a first approximation, we consider operating conditions inducing a kinetic regime. We also consider that the reaction mostly takes place at the particle surface. This assumption allows one to obtain the reaction rate expressed by particle's area for any particle size. At 21 °C, the previously defined reaction rate is ks=4.43x10-5 m3/s.m2. The expression of the conversion rate as a function of ks, the reaction volume and the particle diameter is obtained for each reactor from the mass balance written in terms of Cu(II). The pressure drop expression is also given for the reactors. In the case of the moving bed reactor the increase of dynamic viscosity induced by the presence of particles has been taken into account. For each reactor, a solid retention, particle diameter and fluid velocity corresponding to values widely used industrially have been chosen (see Table 4). For the membrane reactor, we consider hollow fibres with 0.93 mm inner diameter, 1.2 m length and a total filtration area of 50 m2 per module. Calculations have been done for two limit values of the permeation flux: 50 and 100 l/h.m2.A comparison of the two reactors is given in Table 5, which demonstrates the interest of the moving-bed reactor, as it allows one to reduce the volume of adsorbent particles by a factor 4. This result is linked to the high specific surface of the fine dispersed particles. The membrane reactor also induces a high reduction of the pressure drop (by a factor 40) and of the energy consumption (from 4.7 for a one- module plant to 2.6 for a two-module plant). These promising results are encouraging to continue the research on this process with the aim to optimize it. Further studies will include:- comparison of different adsorbent particles and choice of the best available; - validation of this preliminary simulation by experiments on a pilot plant, with synthetic and then industrial waters; - integration of this unit operation in a complete treatment plant

    Modélisation prédictive de la cinétique de cuisson des époxys avec prise en compte de la diffusion et de la dépendance en température : application à la résine LY 556

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    International audienceCe travail traite des possibilités de prédiction du degré d'avancement de la réaction chimique de thermodurcissement lors de la cuisson des époxys. Pour cela le modèle phénoménologique de Kamal et Sourour modifié par Fournier et al. avec la prise en compte d'un facteur correctif relatif à la diffusion des espèces est étudié au niveau de ses capacités prédictives pour le domaine de température autre que celui utilisé pour l'identification des paramètres. Si les paramètres du modèle de Kamal et Sourour sont clairement évolutifs en fonction de la température selon une loi d'Arrhenius, il n'existe pas de proposition concernant les paramètres du facteur de diffusion. Plutôt qu'une simple formulation linéaire pour la dépendance à la température de ceux-ci, des lois d'évolution non linéaires sont proposées et en particulier une expression Arrhenius pour le paramètre de diffusion. Ces analyses ont été effectuées à propos de la cinétique chimique de l'époxy DGEBA LY556 avec un durcisseur anhydride au moyen d'essais de type DSC en cuisson isotherme et dynamique. Les prédictions de cinétique chimique en dehors du domaine d'identification sont très satisfaisantes pour les cuissons isothermes et assez bonnes pour les cuissons dynamiques, lesquelles démontrent toutefois quelque peu les limitations de la modélisation

    Dissociation des hydrates de méthane dans un milieu poreux : modèle et outil expérimental

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    National audienceLes gisements de méthane hydratifères pourraient représenter une ressource énergétique crédible dans les prochaines années. Ces composés solides, formés de gaz et d'eau, sont présents dans les sédiments marins ou continentaux dans des proportions supérieures aux réserves connues de pétrole, gaz et charbon. La fusion de ces composés pour produire du gaz entraîne des mouvements de fluide et des effets thermiques importants. Etant en présence d'un milieu poreux, des gradients de pression peuvent apparaître et perturber la cinétique de dissociation : il est donc capital de prendre en compte l'écoulement des fluides dans ce milieu. Nous présentons une vision globale de la dissociation des hydrates de méthane dans un milieu poreux partiellement saturée selon deux points de vue bien distincts : une vision « numérique » avec un modèle à l'appui et une « expérimentale » avec des résultats de dissociation

    Étude expérimentale et modélisation de la désinfection par le chlore des eaux usées épurées

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    Pour étudier la désinfection d'une eau usée épurée au stade secondaire, traitée à l'hypochlorite de sodium, des essais en réacteur fermé ont été effectués en utilisant des doses variant entre 1 et 10 mg de chlore par litre. Les résultats obtenus montrent que la cinétique de désinfection est loin d'être uniforme. L'utilisation du modèle de Chick et Watson n'est en effet possible que si on l'adapte pour tenir compte de la modification de la vitesse de désinfection au cours du processus. Le modèle de Collins et Selleck permet de rendre compte de façon satisfaisante de l'évolution de la vitesse d'élimination des germes au cours du temps. La faible valeur du paramètre t trouvée (0.26 min.mg/l pour les coliformes totaux et 0.58 min.mg/l pour les coliformes fécaux) semble cependant démontrer que la période de latence est relativement peut importante surtout lorsqu'on utilise des dose de chlore élevées. Il s'avère d'autre part que la demande en chlore de ce type d'eau est très importante. La concentration en chlore résiduel dans le réacteur décroît très rapidement pour atteindre environs 10 % de la dose de chlore injectée et cela quelle que soit la dose utilisée (de 1 à 10 mg/l). Le dimensionnement des réacteurs de désinfection fonctionnant en continu nécessite de prendre en compte le comportement hydrodynamique de l'eau dans le réacteur. Sachant qu'un abattement de 3 U-Log est nécessaire, dans le cas de la réutilisation de l'eau pour l'irrigation, un modèle intégrant l'expression de la cinétique de désinfection et l'hydrodynamique du contacteur a été proposé. Les résultats mettent en évidence l'intérêt de concevoir des réacteurs se rapprochant le plus possible de l'écoulement piston.Secondary wastewater is considered as an important additional resource of water in a country, which has a semiarid climate as Tunisia. On quality basis, the use of water for irrigation is governed by chemical parameters of the water that affect plant, soils conditions and the underlying groundwater. Treated urban wastewater is susceptible to be used in irrigation without major risks (see table 1). However, the use of such a water can represent a risk of contamination of edible crops, pasture lands, and feed crops by direct contact with disease agent carried in reclaimed water or aerosols from spray irrigation. These sanitary risks can be considerably reduced with the practice of an efficient disinfection. Chlorinating is one of the simplest and less expensive disinfection processes. The objectives of this work are the study of the disinfection kinetics and the rate of exertion of chlorine demand of water, when the sodium hypochlorite is used for treating a secondary wastewater. for this, a batch reactor tests have been done. After applying a dose of chlorine (between 1 and 10 mg/l), we have determined the evolution with time of chlorine residual concentration and rate of inactivation of the total and fecal coliform. Chlorine demandTo describe chlorine decay in the complex milieu of water, like wastewater, Haas and Karra (1984) have developed followed equation:C=C0[XE-k1t+(1-X)e]-k2twhere:C : concentration of residual chlorine, mg/lC0 : dose of chlorine, mg/lX : empirical constantt : contact time, mink1and k2 : rate constants, min-1In the case of wastewater chlorinating, we can ascertain that the chlorine concentration in the batch reactor decrease rapidly, in the beginning of the reaction, and very moderately after satisfaction of the initial chlorine demand. This initial chlorine demand is very important. It represents near 90% of the dose injected in the reactor. The chlorine concentration decay can be described by Haas and Karra equation with X=0.9, k1=3 min-1 and k2=0.001 min-1. After some minutes of contact time, we can notes, see figure 2, that the chlorine concentration decay is susceptible to be approximate by a first order equation:t ≥ 2min ⇒ C ≅ 0.1e-0.001 tThe concentration of residual chlorine becomes practically constant in the reactor, once initial chlorine demand has been satisfied, with C ≅ 0.1 C0.Disinfection kineticsUsing a pseudo first order Chick and Watson model reveals that the rate of inactivation of coliform bacteria is not uniform. We can employ this model to fit experimental data only when we subdivide the process in two stages characterised by different kinetics. for example, the logarithm of fecal coliform survival rate can be expressed by the relationships:for C ∙ t ≤ 2.85 min ∙ mg/L Ln(N/N0)= -1.65C ∙ tfor C ∙ t ≥ 2.85 min ∙ mg/L Ln(N/N0)= -3.89-0.29C⋄tCollins and Selleck (1972) developed a general kinetic expression for the effect of combined chlorine residual on both total and fecal coliform. Combining the work of chick and Gard (Gard, 1957) they developed the following formula describing the survival of these bacteria:for C∙tτ (N/N0)=(τ/C∙t)nwhere C : the combined chlorine residual, mg/lt : contact time, minutet : an environmental coefficient or induction timen : Constant In this formula, we have assumed that the concentration of chlorine remains constant. We can apply this model when we consider that C is the chlorine concentration after the immediate wastewater demand had been satisfied. Using Collins and Selleck disinfection model to plot the survival rate of total and fecal coliform in chlorinated secondary effluent, we have obtained the coefficients below: for total coliform : n=1.94 t=0.26 min∙mg/lfor fecal coliform : n=3.1 t=0.58 min∙mg/lThe constant τ represents the time required for the disinfectant to diffuse through the cell wall and begin its disinfectant activity. we can see that this initial lag time is very short. The disinfectant becomes rapidly efficacious to inactivate coliform bacteria.Design of disinfectant contact facilitiesSo as to estimate the influence of the hydraulic efficiency of chlorine contact chambers on disinfection process performance, we have compared efficiency of two ideals reactors: the completely stirred tank reactor and plug flow reactor. The kinetic equations presented above had been established in a batch reactor. To obtain the mean conversion in the entire contactor, one has to apply the segregated flow model. Using the concept of segregated flow system, the survival ratio will be the sum of the batch reactions of all small aggregates, or:           ∞(N/N0)=∫(N/N0)batchE(Ɵ)dƟ           0Ɵ : normalized contact time (contact time/hydraulic residence time)E(Ɵ) : normalized frequency distribution of agesIn completely mixed regime, fluid particles are exponentially distributed throughout a tank until the fluid properties exhibited by the effluent leaving the unit are identical to those within the unit. Using Collins and Selleck model, the survival ratio corresponding to hydraulic residence time Ts and to the residual chlorine concentration C is expressed by equation:           ∞                      (τ/C∙Ts)           ∞(N/N0)=∫(N/N0)batche-ƟdƟ = ∫ e-ƟdƟ + ∫ (τ/C∙t)me-ƟdƟ           0                            0         (τ/C∙Ts)The survival ratio for a hydraulic residence times between 5 min and 60 min and a residual chlorine concentration between 0.2 mg/l and 1 mg/l are reported in table 3 and table 4.In a plug flow regime all particles entering in a basin have equal velocity values, travel on parallel flow paths, and remain in the unit for an identical period known as the hydraulic residence time. the performance of such a reactor is identical at the batch reactor performance. In table 5 and table 6 we have reported the survival ratio given by plug flow reactor with residence time until 60 min and residual chlorine concentration between 0.2 mg/l and 1 mg/l. Knowing that the secondary wastewater reuse necessitates a 3 U-Log fecal coliform inactivation, we can see clearly the importance of reactor design on his performance. Indeed, to reach a 3 U-log inactivation, it is sufficient (see table 6) to use a dose of 2 mg/l of chlorine and a hydraulic residence time of 30 minutes, in plug flow reactor. Such dose and the same residence time given only a 1 U -Log inactivation (see table 4) when the reactor is completely mixed

    Fragmentation du combustible nucléaire UO2 en environnement oxydant : Etude cinétique et phénoménologique

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    Une des voies envisagées pour apporter de la flexibilité à la gestion du combustible UO2 usé/irradié est son entreposage à sec. Ce mode de gestion pose en particulier la question de la tenue du combustible en cas de scénario accidentel qui entraînerait la mise à l'air des pastilles de UO2. La cinétique d'oxydation et la phénoménologie de la fragmentation de UO2 entre 250 et 330°C ont été étudiées à partir de vieillissements sous O2 et sous air de monocristaux et de fragments de pastilles de combustible non irradiés. En environnement oxydant, l'initiation de la fissuration semble due à la relaxation des contraintes de traction induites par la contraction du réseau cristallin lors de la croissance d'une couche de U4O9/U3O7 en surface de UO2. Ainsi, une période d'incubation avant fissuration, dont la durée chute avec l'augmentation de la température, est mise en évidence. Durant leur oxydation, monocristaux et fragments présentent une fissuration progressive conduisant à leur subdivision jusqu'à une taille de grain submicronique

    Étude cinématique des événements binaires et ternaires obtenus par bombardement de cibles d'U, Th, Bi, Pb, Au par des deutons de 2,1 GeV

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    Une étude cinématique de la fission binaire et ternaire induite par des deutons de 2,1 GeV sur des cibles U, Th, Pb, Bi et Au est réalisée à partir des caractéristiques géométriques des traces des fragments des événements enregistrés dans un détecteur solide de traces en géométrie 4π. Moyennant certaines hypothèses, on établit la distribution en rapport de masse et en énergie des fragments. On a pu mettre en évidence qu'une partie des événements binaires dont l'angle projeté sur le plan perpendiculaire à la trajectoire de la particule incidente est différent de 180°, procèdent d'un même type de désintégration que les événements ternaires. De même, l'analyse cinématique des événements ternaires montre une certaine analogie avec le phénomène connu de la tripartition de noyaux lourds comme le californium par exemple, et pourrait expliquer la production d'une partie des isotopes légers et lourds déficients en neutrons attribués à de la fragmentation par les radio-chimistes
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