Comportement de la population des gouttes dans une colonne d'extraction : transport, rupture, coalescence, transfert de matière.

Modèle de fonctionnement général d'une colonne d'extraction, en insistant sur l'aspect hydrodynamique et extension de l'analyse à l'étude du transfert de matière : établissement du modèle continu et version discrétisée qui ont permis de le résoudre numériquement ; exploitation du modèle continu et étude de lit de phase dispersée ; hydrodynamique de la colonne en mettant en exergue le rôle des mécanismes de transport des gouttes, de rupture, de coalescence et de mélange axial ; étude du transfert des gouttes et de leur rupture dans une colonne fonctionnant à faible taux de rétention ; modèle avec transfert de matière. ABSTRACT : Model of general functioning of an extraction column, insisting on the hydrodynamic aspect, and extension of the analysis to the study of the transfer of the matter : establishment of three continuous model and discrete version leading its numerical resolution ; exploitation of the continuous model and study of the dispersed phase bed hydrodynamics of the column, insisting on the role of mechanisms for the transport of drops, rupture, coalescence anc axial mixing ; study of transport of drops and rupture in a column functioning at a low retention ratio; model with transfer of matte

Méthodologie pour la détermination rapide de conditions opératoires optimales : application au réacteur discontinu

BOOK ABSTRACT : Les évolutions fondamentales du génie des procédés soustendent la plupart des progrès dans le domaine des industries de transformation de la matière et de production d'énergie. Diminuer la consommation d'énergie et les impacts sur l'environnement, accroître la qualité des produits, assurer la sécurité des installations, préserver la rentabilité économique sont autant de défis qui imposent au génie des procédés de développer des méthodes toujours plus efficaces. À travers l'étude de cas concrets, l'ouvrage propose une immersion dans la discipline. Le lecteur pourra acquérir une idée précise des possibilités actuelles du génie des procédés, cerner le type de problèmes qui peuvent être résolus, s'approprier les stratégies et prendre connaissance des méthodes en percevant les avantages et les limites de chacune d'elles. Bien plus qu'un ensemble de méthodes, c'est une façon d'aborder les problèmes concrets et de les résoudre que l'ouvrage souhaite transmettre. Le Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse (LGC), fondé en 1965 sous sa forme actuelle, sur la base de l'Institut de Génie Chimique créé en 1949, a eu un rôle historique prépondérant dans l'implantation du génie chimique en Europe, et reste l'un des acteurs majeurs de la recherche en génie des procédés. Cet ouvrage est le résultat d'une réflexion collective menée au sein du LGC. Chaque chapitre a été rédigé par des chercheurs et enseignants-chercheurs directement impliqués dans l'obtention des résultats présentés

Use of the pulsation to control a polydispersed particles flow in a new type of pulsed column

New internals have been designed and implemented in a semi-industrial continuous solid-liquid pulsed column. By coupling these internals with a non sinusoidal pulsation, a better control of polydispersed solid particles is achieved. The pulsation is composed of a mixing step during which only the liquid flows through the column and an impulsion step designed to transport the solid phase from stage to stage. Solid and liquid phase behaviours are characterized thanks to residence time distribution measurements. This study demonstrates the strong impact of the pulsation and of the liquid flow rate during the impulsion to reduce the particles segregation inside the pilot. The effects of operating parameters on the liquid phase are also investigated and the choice of an operating compromise is discussed to balance advantages and drawbacks on the process

Préface

L’exposition « Et Toulouse pour apprendre » est un événement dans la vie de la très ancienne et si jeune à la fois Université de Toulouse : ancienne puisque fondée en 1229, soit quelques années seulement après celle de Paris, et nouvelle puisque refondée en quelque sorte en 2007 sous la forme d’un Pôle de recherche et d’enseignement supérieur. C’était donc le bon moment pour se pencher sur son histoire, longue, parfois tumultueuse, marquée par la succession des créations, dissolutions et reco..

Externalisation de la maintenance et ses impacts sur la sécurité dans les industries de procédés

Cette thèse s'inscrit dans le cadre théorique des systèmes complexes. Le terrain d'application est un site industriel dont les caractéristiques sont représentatives des pratiques dans l'industrie des procédés. L'objectif est de confronter les modèles de sécurité développés dans la littérature avec les pratiques industrielles. Après une analyse du système dans lequel s'inscrit cette externalisation, nous présentons deux actions de recherche que nous avons menées pour apprécier les impacts sur le terrain de la mise en place d'une politique prescriptive de sécurisation des travaux de maintenance. La 1ère expérimentation est un questionnaire de climat de sécurité pour obtenir des indications sur la perception des personnes sur l'importance et le management de la sécurité, 128 acteurs internes et externes de la maintenance y ont pris part. La deuxième expérimentation repose sur des simulations d'interventions de maintenance, 58 prestataires de maintenance y ont pris part. Elle nous a permis d'identifier les facteurs de décisions des prestataires en situation normale et dégradée et de caractériser leurs capacités d'adaptation et d'apprentissage. Les résultats sont de trois ordres. L'analyse initiale montre que la sécurité du personnel extérieur est ségréguée des autres facettes de la sécurité et reflète ainsi la ségrégation qui existe entre les autorités de tutelles. Le questionnaire de climat de sécurité montre que le milieu de travail est perçu comme difficile, ne récompensant pas les comportements sûrs des acteurs. La simulation montre que 76% des travailleurs sont prêts à s'écarter des règles pour s'adapter en temps réel au travail à réaliser. Ces écarts illégaux n'ont alors pas d'espace pour être discutés, ils restent souterrains et informels. La conclusion discute du caractère incomplet de ce type de modèle de sécurité, basé sur une approche procédurière des problèmes de sécurité qui risque de devenir aveugle aux adaptations et compromis du travail réel. L'amélioration à court terme d'indicateurs de sécurité n'est pas une garantie d'une amélioration globale et durable de la sécurité. Nous proposons plusieurs pistes d'amélioration pour favoriser les apprentissages collectifs et renforcer les capacités de résilience du système. Un débat final suggère que les solutions qui paraissent faciles à mettre en œuvre d'un point de vue théorique, sont difficiles à mettre en pratique.This thesis is situated in the framework of the theory of complex systems. The field application is an industrial plant whose characteristics are representative of the practices of the process industry at large. The aim is to contrast the safety models developed in the literature with industrial practice. We analyse the operational context of maintenance subcontracting, and present two studies we conducted to assess the field impacts of a recently implemented prescriptive safety approach. In the first study, 128 internal and external maintenance staff completed a safety climate questionnaire providing us with information on their perception of the importance of safety and safety management practices. The second experiment consists of simulated maintenance interventions. 58 maintenance subcontractors participated, allowing us to identify factors influencing decision-making during normal and degraded situations as well as to characterize their abilities to learn and adapt. The results are threefold: Initial analysis indicates that subcontractor safety is segregated from other safety areas, reflecting the segregation that exists between the regulatory authorities. Secondly, results of the safety climate questionnaire show that the workplace is perceived as difficult and does not reward safe behaviour. Thirdly, results of the simulation show that 76% of subcontractors deviate from the rules to adapt in real time in order to complete their work. There is no framework for debriefing these unauthorized violations so they remain unacknowledged and informal. In conclusion we discuss how this type of procedure-based safety model falls short and can gradually become blind to adjustments and compromises of real work practice. The short-term improvement of safety indicators does not guarantee a global, long-term improvement of safety. Several avenues for improvement are proposed to promote collective learning and enhance resilience capacities. Finally we argue that solutions which initially appear easy to implement in theory, are in fact difficult to implement in practice.TOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

Conception d'un nouveau type de colonne pulsée appliquée au contact solide-liquide

Cette étude porte sur la conception d'une nouvelle technologie de colonne pulsée appliquée au contact solide/liquide. L'originalité du concept développé réside dans l'introduction d'internes et d'un mode de pulsation qui permettent de contrôler le temps de séjour solide indépendamment de celui du liquide. La faisabilité du concept et la caractérisation du comportement hydrodynamique des deux phases ont été étudiées sur un pilote semi-industriel, en réalisant des DTS sur des systèmes modèles. Un cas réel a ensuite été mis en oeuvre dans la colonne, afin d'illustrer les avantages du nouveau procédé en termes d'efficacité du transfert de matière. Il apparaît, au final, que le dispositif permet de réduire sensiblement la dispersion granulométrique et de prolonger le temps de séjour du solide, tout en réduisant la consommation en solvant. Les qualités de la nouvelle colonne conçue en font un appareil particulièrement adapté aux systèmes solide/liquide nécessitant un temps de contact prolongé. Grâce à une technologie innovante et à un réglage fin des paramètres opératoires, il est ainsi rendu possible d'intensifier le contact solide/liquide.This work deals with a novel type of pulsed column used as a solid/liquid contactor. An evolution in the design of the internals and in the shape of the pulsation has been set up. The initial objectives were to achieve a contactor of much longer solid residence time, independently of the liquid phase behaviour. Phase contacting is carried out countercurrently, solid is fed in at the bottom of the column and flows upwardly, regardless of the density difference between both phases. First, the technical feasibility was demonstrated. Then, the behaviour of solid and liquid phases was investigated through the analysis of residence times distributions. And, mass transfer efficiency has been evaluated with an industrial case. It was found that the column could enhance solid residence times, reduce granulometric segregation and solvent consumption. The new contactor seems to be particularly suitable for cases where a long contact between both phases is needed. Thanks to innovative internals and to an optimal tuning of the operating conditions, intensification of solid/liquid contacting was finally achieved.TOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

Microréacteurs diphasiques pour le développement rapide des procédés

This work deals with two-phase microreactors where droplets of reagents are generated and transported as a string in a carrier continuous phase. The droplets can be compared with stirred nanoliter batch reactors moving at constant speed, which is very promising for fast kinetic parameter acquisition purpose. New experimental and numerical results according the flow hydrodynamics and the droplet components mixing are exposed, especially in the cases where the droplets are in contact with the channel walls and benefit from forced convection inner loops. The so-characterised microreactors are used to monitor chemical reactions and the obtained data are compared with classical batch reactors ones. The results validate this new approach and an example illustrates how it can be integrated within a fast process design methodology.TOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

An innovative pulsed column applied to solid-liquid contacting: the BPC column

The innovative process presented is a novel type of pulsed column (BPC column) used as a solid/liquid contactor. An evolution in the design of the internals and in the shape of the pulsation has been set up. The initial objectives were to achieve a reactor of greatly longer solid residence time, independently of the liquid phase. Phase contacting is carried out in a 1.5 m height column. Liquid and solid are flowing countercurrently. Solid is fed in at the bottom of the column and flows upwardly, whatever the density difference between both phases. The behaviour of solid and liquid phases was investigated through the analysis of residence time distributions. The working conditions range has been determined and it was found that an optimal tuning of the operating conditions (pulsation parameters, flows control…) could minimize the influence of the size and the density of particles and uncouple residence times of both phases. The column has been manufactured, in order to handle a large range of solid-liquid systems (solid treatment, purification or reaction, raw materials, floating or dense particles, polydispersed particles). On the basis of the model calculations and design considerations, preliminary data can be given on the technical and economical feasibility of the various applications quoted above. The final aim of this study is to prove that, for a fixed production rate and a product quality, the new column can satisfy the specifications required and even exceed them

Mise en œuvre de micro-réacteurs à l’échelle de micro-gouttes : caractérisation du mélange

L’émergence actuelle des micro-réacteurs offre des perspectives intéressantes pour l'acquisition rapide de données physico-chimiques, et notamment les paramètres de cinétique réactionnelle. L'approche qui nous intéresse est la génération et la coalescence de gouttes de réactifs transportées dans une phase porteuse continue. Le "chapelet" obtenu permet de considérer chaque goutte comme un nano-volume réactionnel évoluant régulièrement le long du canal. L'objet de notre présentation est alors de déterminer et d'optimiser le temps d'homogénéisation entre de l'eau et un colorant dans ces gouttes, afin de préciser l’ordre de grandeur des cinétiques chimiques accessibles. Les acquisitions expérimentales sont faites à l'aide d'une caméra rapide couplée à un microscope. Il est montré que l’utilisation de canaux coudés à 45°, ainsi que l’orientation de la coalescence peuvent singulièrement aider au mélange. L'aboutissement est la conception d'un micro-réacteur où le temps d’homogénéisation est de l'ordre de la milliseconde

A new pulsation policy in disc and doughnut pulsed column applied to the solid-liquid extraction of andrographolide from plants

Classically, sinusoidal oscillations are imposed to enhance mixing and mass transfer between two phases contacted. But, in any case of solid/liquid contact, it was noticed that this pulsation mode was not efficient enough to allow a controlled behaviour of the solid phase. The problem is particularly met for the treatment of raw plants or polydispersed populations with complex physical properties. The objective of this study is to demonstrate the viability of using a non-sinusoidal pulsation in a continuous contactor to replace a traditional batch sinusoidal mode. A review of the different pulsation techniques is firstly presented. The example of solid-liquid extraction of Andrographolide from plants has then been choosen to bring out the advantages of the new pulsation mode. The development of this application as a continuous process in a column has indeed encountered difficulties due to the important heterogeneity of the matter : one of these classes tends to float and the other to sink, which always leads to a definitive flooding in classical operations. Typically, the proposed signal is composed of two different periods : in one hand, a classical sinusoidal pulsation step used to mix the liquid and solid phases in the active part of the column and allow an optimal mass transfer and, in a second hand, an impulsion phase, used generally for the transport of solid. The extraction is carried out in a disc and doughnut column of 54 mm in diameter, and 3.5 m in height. Liquid and solid are flowing cocurrently and downwardly. Experiments have been performed to know the global characteristics of the process in steady state and to suggest some elements for industrial design. The results showed that an optimal tuning of the geometric characteristics of the column, the level of interface and the parameters of the pulsation, could increase the operated domain where flooding is avoided