Theoretical Interpretation of Residence-Time Distribution Measurements in Industrial Processes

Abstract

Résumé -Distribution des temps de séjour dans les procédés industriels : interprétation théorique -Le concept de Distribution des Temps de Séjour (DTS) a été introduit par Danckwerts en 1953 afin de caractériser l'écoulement dans les réacteurs. Il a été décrit de nombreuses fois et appliqué à des cas divers. Bien que les récents développements des codes de calcul de mécanique des fluides doivent permettre de mieux comprendre le fonctionnement des procédés industriels, les applications de ces codes restent difficiles pour des procédés complexes. La méthode des distributions des temps de séjour reste alors la seule voie possible pour obtenir des informations sur l'hydrodynamique et améliorer ces procédés.Les modèles représentatifs des expériences de traçage se limitent souvent à des réacteurs simples, comme les cascades de réacteurs parfaitement agités en série ou le réacteur piston à dispersion axiale, et l'information ainsi déduite peut se révéler très insuffisante. La création de modèles hydrodynamiques obtenus par la création de réseaux complexes de réacteurs élémentaires peut permettre d'obtenir des informations plus précises sur un procédé. Cependant, cette approche induit deux problèmes de fond : premièrement la résolution rapide d'un système d'équations quels que soient le réseau et les réacteurs choisis, deuxièmement la difficulté à obtenir un modèle réaliste et représentatif de la physique du procédé.En fait, les réseaux complexes contiennent tellement de paramètres que deux modèles très différents peuvent répondre de la même façon à un signal d'entrée quelconque, ou qu'un même modèle peut donner des réponses similaires avec des jeux de paramètres différents. En tenant compte de ces difficultés, un logiciel a été développé afin de calculer facilement la réponse de réseaux complexes à un signal d'entrée quelconque. Ce logiciel permet aussi d'étudier les systèmes à entrées et/ou sorties multiples et d'optimiser les paramètres des modèles correspondants, et peut également être utilisé pour déterminer les paramètres qui permettront d'obtenir des réponses identiques avec deux modèles différents. L'analyse physique de ces paramètres permet ensuite de déterminer le modèle le plus réaliste. Enfin, les mesures expérimentales locales peuvent être interprétées grâce à la possibilité d'obtenir les réponses du modèle en tout point du réseau.Une procédure générale d'optimisation des débits, dans le cas de procédés industriels comportant des recirculations pour lesquelles les débits sont indéterminés, a aussi été développée. Des perspectives de développement incluant notamment les DTS en régime transitoire et la génération automatique de modèles d'écoulement sont aussi présentées. Elles sont illustrées par des exemples expérimentaux et des résultats tirés de la littérature. Finalement, des perspectives et de nouveaux concepts possibles sont présentés.Mots-clés : distribution des temps de séjour, procédés industriels complexes, régime transitoire, modélisation.