Interactions réactives

Chercheurs concernés : JL. Dirion, M. Falempe, A. Nzihou, S. Salvador, Y. Soudais

Doctorants : Y Blazek, J Cances, I Ahmed-Hared, M Kacem, S. Le Rhun,
C Verwilgen

L’industrie chimique, agroalimentaire ou pharmaceutique met en œuvre de larges quantités de solides. Pendant les phases de production, de purification ou de transport, ces solides sont en interaction avec des fluides. Lorsque des réactions chimiques sont mises en jeu, elles peuvent détruire un constituant du fluide ou du solide, ou former un nouveau produit (solide ou fluide). La réaction chimique est activable par catalyse ou par réaction directe entre le fluide et le solide. De nombreuses étapes peuvent se succéder ou apparaître simultanément pendant la réaction fluide -solide :

• transfert de matière entre le fluide réactif et le produit à l’extérieur du solide
• transfert de matière à l’intérieur du solide (transfert en milieu poreux)
• adsorption / désorption du fluide par la surface du solide
• réaction en surface du solide
• transfert de chaleur par convection ou rayonnement entre la surface du solide et le fluide
• transferts internes au solide

De toutes ces étapes, parfois une ou quelques-unes sont limitantes, ce qui conduit parfois à une simplification dans l’écriture mathématique et la modélisation du procédé. L’analyse de ces étapes prend en compte les propriétés de transport dans le solide, lesquelles sont fondées sur des caractéristiques physiques : distribution de taille de particules ou de pores, volume de pores, surface spécifique.

Les principales thématiques en cours aujourd’hui sont décrites ci-dessous. Les préoccupations environnementales constituent le moteur de beaucoup de ces projets. La réaction gaz -solide y domine donc, mais les préoccupations en combustion et pyrolyse rejoignent sur certains points celles des procédés d’élaboration du solide (axe 3) à partir de courants réactifs en phase liquide, en particulier pour la modélisation de l’agglomération ou le mélange des réactifs.

Principales thématiques

1. Pyrolyse
   • 1.1 Modélisation de la pyrolyse d'une particule solide
   • 1.2 Modélisation de la pyrolyse d'un lit fixe constitué d'un empilement de particules
   • 1.3 Modélisation de la pyrolyse en four tournant
   • 1.4 Optimisation du profil thermique lors d'une pyrolyse en four tournant
   • 1.5 Elimination de déchets chromés par pyrolyse ou incinération
2. Combustion
   • 2.1 Thermochimie de la combustion à basses températures de solides pulvérisés : réacteur à flux entraîné et analyse thermo-gravimétrique
   • 2.2 Etude de la formation de NOx dans la combustion à basses températures de cokes pulvérisés
   • 2.3 Expériences et modélisation de la combustion de solides poreux compactés. Combustibles de substitution
   • 2.4 Modélisation du transfert radiatif des gaz et suies d'une flamme laminaire de diffusion
3. Gazéification et reformage des combustibles liquides
4. Stabilisation/neutralisation des métaux lourds et élaboration des solides à propriétés contrôlées.
   • 4.1 Stabilisation neutralisationdes polluants minéraux
   • 4.2 Réaction à basse température (adsorption et échange d'espèces). Réaction à haute température
   • 4.3 Décomposition des matières organiques
   • 4.4 Cinétique chimique et physique des processus
   • 4.5 Méthodes dynamiques de mesure des propriétés des solides à micro-échelle
   • 4.6 Modélisation des processus physiques et chimiques
   • 4.7 Evaluation enironnementale
5. Visualisation des écoulements liquides pour la précipitation de particules
6. Gazéification en lit fixe de solides carbonés
   • 6.1 Expériences sur particules isolées
   • 6.2 Modélisation de la gazéification d'une particule et d'un lit fixe de particules
   • 6.3 Expérimentation sur un pilote de laboratoire de gazéification du bois

Collaborations scientifiques :

UPS Toulouse, IMF Toulouse