Modélisation mathématique d'un four rotatif de calcination d'alumine

Le but de ce projet était d'élaborer un modèle mathématique, statique et à une dimension, pour la simulation d'un four de calcination d'alumine actuellement en opération à l'usine Vaudreuil d'Arvida. Le modèle devait être simple, robuste et général afin de pouvoir s'adapter pratiquement à n'importe quel mode de fonctionnement. Le but premier du modèle était de pouvoir prédire les profils de température à l'intérieur du four, soit les profils de température pour le lit d'alumine, pour le gaz, la paroi intérieure et la paroi extérieure. Le modèle a été élaboré à partir d'équations différentielles provenant de bilans thermiques et massiques effectués sur de fines tranches de four. En plus des profils de températures, le modèle permet d'obtenir beaucoup d'autres résultats intéressants tels la composition du lit à toute position dans le four, les propriétés du gaz et la quantité de poussière produite. Le modèle montre clairement que la présence de poussière, en favorisant les échanges thermiques, influence grandement le comportement global du four. À l'usine Vaudreuil d'Arvida, on procède à l'occasion à différents tests paramétriques afin d'optimiser la production d'alumine. Une étude effectuée à l'aide du modèle a pu démontrer la solidité et la souplesse de celui-ci en ce qui a trait à son utilisation éventuelle pour l'amélioration du procédé de calcination de l'alumine. Il est en effet possible de faire varier n'importe quel paramètre de fonctionnement du four et d'observer son comportement. Il s'avère ainsi plus économique, en temps et en argent, de faire une étude paramétrique à l'aide du modèle que des tests sur l'installation réelle. Sous sa forme actuelle le modèle s'avère déjà très efficace. La plupart des résultats qu'il produit sont très près des mesures d'usine et il peut déjà permettre à l'usine Vaudreuil d'étudier l'ensemble des paramètres affectant la production. Certaines améliorations peuvent par contre être apportées au modèle comme par exemple les ajouts de chlore dans le gaz, et de fluorure d'aluminium et d'oxyde basique de sodium dans le solide