Etude par bi-sonde optique d'un écoulement à bulles d'une colonne air-lift sous dépression

L'étude présentée dans ce manuscrit a pour objectif de déterminer les fonctions indicatrices de phase d'un écoulement diphasique au sein d'une colonne air-lift à dépression. Ces fonctions sont le taux de vide, la vitesse d'interface et la granulométrie des bulles, le débit et la vitesse de la phase liquide. La colonne air-lift à dépression qui fait l'objet de la présente étude est basée sur le principe de l'air-lift et de la flottation, le tout sous dépression. La technologie a été brevetée par l'IFREMER et l'INSA de Lyon. La colonne combine dans son fonctionnement des fonctions de pompage hydraulique, de transferts de solutés et de séparation de phases particulaires et qui a la particularité de minimiser les coûts énergétiques. Le procédé de colonnes air-lift sous dépression est en cours de développement et l'étude expérimentale  de son hydrodynamique est l'un des axes en cours d'exploration en vue d'optimiser sa conception et son fonctionnement. Les expériences ont été réalisées sur une colonne verticale composée de deux tubes concentriques en plexiglas connectées à un bassin de recirculation d'eau et à une pompe à vide. Pour l'ensemble des expériences une eau déminéralisée est utilisée dont le débit est mesuré par un débitmètre par ultrason. L'air comprimé du réseau est filtré, puis passe à travers un pressostat avant d'entrée dans un débitmètre massique permettant de consigner le débit d'air voulu pour l'air-lift. L'analyse expérimentale est effectuée à l'aide d'une instrumentation diphasique constituée par une bi-sonde à fibre optique. L'utilisation  des techniques expérimentales a permis d'avoir une meilleure compréhension de l'hydrodynamique de l'écoulement diphasique. La bi-sonde à fibre optique posée entre brides de colonne a permis d'avoir une cartographie complète de l'écoulement de la phase dispersée. L'utilisation d'un débitmètre massique et d'un débitmètre par ultrason, dans différentes configurations de l'écoulement, a permis d'avoir des données sur le fonctionnement de la colonne. L'hydrodynamique de la phase liquide de la colonne illustre bien que le débit liquide dans la colonne air-lift est directement proportionnel au débit d'air injecté sur la plage des débits d'air de 2 à 30 l/mn. Par contre pour des débits d'air au-delà de 30 l/mn, un phénomène inverse sur le débit liquide, avec une diminution de ce dernier est observé. L'analyse hydrodynamique de la phase dispersée à l'aide de la bi-sonde optique, a permis  de déterminer qu'une période d'échantillonnage de 10.000 bulles est représentative pour les essais. L'examen des résultats obtenus montre qu'à partir de 10.000 bulles, le diamètre de bulles reste relativement stable. Le taux de vide obtenu est directement proportionnel au débit d'air injecté  dans  la colonne

Experimental Study of a Gas–Liquid Flow in Vacuum Air-Lift Column Using an Optical Bi-Probe

The vacuum airlift column process was patented in 2007 and is under development. The experimental study of its hydrodynamics is one of the axes explored to optimize its design and operation. The object of the study presented in this paper is to determine the functions of phase indicator (gas holdup, superficial gas velocity and bubble size) of the gas–liquid flow. The experimental analysis is carried out using a two-phase instrumentation consisting of an optical fiber bi-probe. The use of experimental techniques has made it possible to better understand the hydrodynamics of a two-phase flow. The optical bi-probe placed between two column flanges made it possible to have a complete mapping of the flow of the dispersed phase. The use of a mass flow meter and an ultrasonic flowmeter, in different flow configurations, provided data on the column operation