Influence de la dissipation énergetique sur l'efficacité de la flottation à air dissous : analogie avec la floculation

Les flottateurs à air dissous sont classiquement dimensionnés à partir de deux paramètres: le rapport mA/mS des masses d'air et de solides en présence et le temps de contact entre phases. Une série d'essais effectués sur cinq différentes unités continues ou discontinues montre que ces seules variables opératoires ne suffisent pas à déterminer l'efficacité. De plus, l'extrapolation des données obtenues sur un floculateur discontinu conduirait à des besoins en air dissous considérables pouvant limiter le développement industriel. La dissipation d'énergie, habituellement négligée, peut être quantifiée par le gradient de vitesse tel qu'il a été introduit en théorie de la floculation. De plus, une analogie entre la capture bulles-particules et le processus de floculation des particules primaires sur les flocs déjà formés permet d'étendre les équations de vitesse de la floculation et d'obtenir un modèle cinétique où interviennent seulement le gradient de vitesse et la concentration de particules; ce modèle remplace avantageusement l'approche classique qui considère la flottation comme un processus du premier ordre par rapport aux particules. L'efficacité d'une cellule discontinue ou d'un floculateur piston est alors fonction du seul nombre de Camp. Les résultats montrent l'existence d'un intervalle optimal pour le gradient de vitesse, 3000 à 4000 s-¹, et pour le nombre de Camp 105 à 106. Le modèle devra être amélioré par introduction de la tension critique de mouillage des particules.Dissolved air flotation units are generally designed on the basis of two parameters: the mA/mS ratio of the air mass to the solid mass in reaction, and the contact time between the gas phase and the solid phase. The insufficiency of this approach, which neglects energy dissipation, is demonstrated.Five units, the efficiencies of which were quantified by turbidimetry, were operated with a bentonite suspension previously flocculated with WAC or ferric chloride. Batch flotator 1 was a commercial unit designed to evaluate flotation feasibility (Fig.1). Flotators 2 and 3 were used to establish flotation efficiency as a function of the mA/mS ratio in continuous operation (Figs. 2 and 3). The influence of contact time was determined with batch flotator 4 (Fig. 4). Continuous flotators 3 and 5 were identical rectangular reactors but the latter was designed to allow the injection of pressurized water through five different points (Fig. 3).Turbidity abatement increases as a function of mA/mS, reaching a plateau, the curve having a classical sigmoidal shape in batch or in continuous operation (Fig. 5). However the important air requirement (mA/mS=1) to attain 70% abatement would hamper industrial applications. The contact time is the residence time of the gas phase through a batch cell or the residence time of the solid phase through a continuous flotator. Its influence is displayed in Fig. 6 where a sigmoidal curve shows that a 100 second contact time is required to reach a significant abatement even with a low mA/mS of 0.1. However, flotator 3 operated with a 108 second contact time and 0.1 mA/mS ratio afforded only 40% abatement (Fig. 7). Efficiency is not therefore determined by the two classical parameters only but also by energy dissipation. The energetic conditions can be quantified by velocity gradient measurements, of classical use in flocculation; this parameter is 3100 s-¹ in flotator 3 and between 590 and 1670 s-¹ in flotator 4.Flotation kinetics are classically considered first-order with respect to the particle concentration (Eqn. 3). In fact there is an analogy between flotation and flocculation which allows one to extend the well-known flocculation kinetics (Eqn. 4) to the flotation process (Eqn. 5). The steadiness of the bubble concentration permits the derivation of Eqn. 6, which enables one to calculate the efficiency of a batch or a plug-flow reactor as a function of the Camp number Gt (Eqn. 9). In fact there is an optimum range of velocity gradients between 3000 and 4000 s-¹ and an optimum range of Camp number between 105 and 106 (Fig. 9). The difference with the range currently observed in flocculation could be explained by the contact efficiencies in each process and by the probable existence of two ranges of optimal conditions. The model accuracy can be verified and the rate constant calculated (Figs. 8 and 10). This approach should be extended by testing particles exhibiting different degrees of hydrophobicity

Slow dynamics and aging of a confined granular flow

We present experimental results on slow flow properties of a granular assembly confined in a vertical column and driven upwards at a constant velocity V. For monodisperse assemblies this study evidences at low velocities ($1<V<100 \mu m/s$) a stiffening behaviour i.e. the stress necessary to obtain a steady sate velocity increases roughly logarithmically with velocity. On the other hand, at very low driving velocity ($V<1 \mu m/s$), we evidence a discontinuous and hysteretic transition to a stick-slip regime characterized by a strong divergence of the maximal blockage force when the velocity goes to zero. We show that all this phenomenology is strongly influenced by surrounding humidity. We also present a tentative to establish a link between the granular rheology and the solid friction forces between the wall and the grains. We base our discussions on a simple theoretical model and independent grain/wall tribology measurements. We also use finite elements numerical simulations to confront experimental results to isotropic elasticity. A second system made of polydisperse assemblies of glass beads is investigated. We emphasize the onset of a new dynamical behavior, i.e. the large distribution of blockage forces evidenced in the stick-slip regime

Théorie des explosions. Application au cas des flammes froides du pentane normal

L’étude du caractère thermique des réactions en chaînes permet de réaliser la synthèse des deux théories classiques de l’explosion : la théorie en chaînes et la théorie thermique.L’enregistrement de la température au sein du milieu réactionnel permet de confronter les résultats théoriques à l’expérience, dans le cas de l’inflammation de basse température du pentane normal dans l’oxygène

Experimental study of sensitivity of thermal explosion

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Utilisation de la post-décharge d'un plasma micro-ondes d'air ou d'azote pour valoriser le méthane

Valorization of methane is obtained by means of the reaction with a plasma. The plasma is produced in a quartz tube (30 mm in diameter) crossing a wave guide. The energy is supplied by a generator (Thomson CSF, 2 450 MHz, 15 to 1 500 W). Directional couplers followed by an attenuator and thermistor detectors enable forward $\Pi_{\rm i}$ and reflected $\Pi_{\rm r}$ power to be measured. Methane is introduced in the post-discharge zone through five tubes symmetrically arranged around the reactor. Methane consumption $\alpha$, selectivity S$_{\rm X}$ and yield R$_{\rm X}$ are measured as a function of the following parameters : $\beta$ methane/air ratio, $F$ gaz flow, $d$ distance where methane is introduced in the plasma, $P$ pressure, $\Pi$ microwave power absorbed by air or nitrogen. It appears that acetylene is the major hydrocarbon obtained. The corresponding selectivity is increased when $\Pi$ and $P$ are increased or when $d$ and $F$ are decreased. The optimum value of $\beta$ is 4/5. If the best experimental conditions are selected, selectivity of total C$_2$ reaches 44 % with a conversion ratio of 80 %. By decreasing methane/air ratio, carbon monoxide yield is increased. The ratio acetylene/ethylene can by varied without changing the conversion ratio, by introducing a catalyst in the post reaction zone.La valorisation du méthane est réalisée dans la post-décharge d'un plasma microondes (2 450 MHz) d'air ou d'azote. Lorsque la décharge est produite dans l'azote, les principaux produits dosés sont l'acétylène, l'éthylène, l'éthane et l'hydrogène. Lorsque la décharge est produite dans l'air, on dose en outre le monoxyde de carbone. Le taux de conversion du méthane ainsi que la sélectivité des produits ont été déterminés en fonction des paramètres expérimentaux suivants : proportion méthane/gaz plasmagène, flux gazeux, distance d'introduction du méthane dans la post-décharge, pression et puissance micro-ondes. Le procédé expérimenté permet d'obtenir des rendements chimiques importants et d'éviter la formation de sous-produits (charbon, dioxyde de carbone, oxydes d'azote). Une optimisation de l'ensemble des paramètres conduit à un taux de conversion de 80 % et une sélectivité en C$_2$ de 44 %. La puissance micro-ondes, le débit gazeux ou la présence de catalyseur (platine supporté) modifient notablement le rapport acétylène/éthylène