Étude expérimentale du mélange solide-liquide : caractérisation de suspensions concentrées avec des solides surnageants

RÉSUMÉ: Peu d'études ont été menées sur les systèmes de mélange triphasés. Dans un contexte d'optimisation de génération d'hydrates de dioxyde carbone, solides de masse volumique d'environ 900 kg/m3, une étude hydrodynamique a été conduite afin de déterminer l'effet de la présence croissante de particules inertes légères (ρ=860 kg/m3) et d'air sur la capacité de mélange de trois mobiles d'agitation différents, soient une turbine à 6 pales inclinées (PBT) en pompage vers le haut et vers le bas, une turbine à 6 pales droites de type Dispersimax avec et sans obstruction à l'aération et un agitateur de type Maxblend. Afin d'y parvenir, des mesures de couple ont été collectées en parallèle avec des données de pression à la paroi, une méthode encore inutilisée dans les conditions de l'étude. Ces dernières devaient indiquer des différences de régimes hydrodynamiques puisqu'elles consistaient essentiellement en mesures de pression dynamiques. Aucun changement d'écoulement n'a cependant pu être clairement observé par la pression, ni par la consommation de puissance mesurée indirectement par le couple développé par le système de mélange. Par ailleurs, des données de temps de mélange par tomographie à résistance électrique ont également été collectées dans le but d'aider à confirmer les résultats susmentionnés, ce qu'elles ont accompli. En effet, aucun changement notable de temps de mélange n'a pu être observé aux différentes fractions massiques de solides. Tous les essais ont été effectués à trois vitesses différentes pour chaque agitateur et en régime d'écoulement totalement turbulent. La fraction massique de solides a été variée de 0 à 25% massique. De manière générale, il est possible de s'apercevoir que l'agitateur de type Dispersimax est efficace en termes d'aération, mais l'est très peu en entraînement de particules surtout en raison du fait que le mobile devait être placé au bas de la cuve pour avoir une bonne dispersion et distribution gazeuse. La PBT placée près de la surface en configuration de pompage vers le haut était particulièrement performante pour tirer les particules dans la cuve et pour l'entraînement d'air par la surface, mais elle perdait rapidement cette capacité lorsqu'une couche de particules n'était pas incluse dans la cuve et flottait à la surface. Le mélangeur Maxblend était efficace comme la PBT, mais perdait rapidement son efficacité lorsqu'il commençait à être immergé. Mots-clés : Mélange triphasé, solides flottants, aération, mélangeur Maxblend, mélangeur dispersimax. ABSTRACT: Very few studies have been conducted on three-phase mixing systems. In a context of carbon dioxyde hydrates (light solids of density around 860 kg/m3) formation optimization, a hydrodynamic study has been developed to determine the effect of the increasing presence of low-density inert particles (ρ=860 kg/m3) and air on the mixing performance of three different impellers : a 6 pitched-blades turbine, a six blades hollow Rushton turbine (Dispersimax) and a Maxblend mixer. Torque and wall pressure, a method still unutilized in the experiment's condition, data were collected and since these consisted essentially of dynamic pressure data, they were supposed to help identify changes in the hydrodynamic regime. Nevertheless no such changes have been clearly found either by the pressure data or the power consumption indirectly measured by the torque data. Furthermore, mixing time data by electrical resistance tomography (ERT) was collected to confirm the above-mentioned results, which they accomplished. In fact, no clear changes in mixing times have been denoted at the different solids concentrations. All the experiments were conducted at three different rotational speeds for each impeller and in completely developed turbulent flow regime. The solids mass fractions were varied from 0 to 25%. The Dispersimax impeller was particularly good for bringing air into the tank, but was poor for dragging down floating particles mainly because it had to be placed in the bottom half of the tank to ensure good gas dispersion and distribution. The PBT, especially in up-pumping mode and near the free surface, was very efficient in particles drawdown and was also somewhat efficient in air entrainment from the free surface but lost quickly this ability when a thin layer of solids could not be dragged down. The Maxblend mixer was also efficient for both particles drawdown and air entrainment from the free surface but lost its efficiency as soon as it was submerged. Keywords : Three-phase mixing, floating particles, aeration, Dispersimax impeller, Maxblend mixer