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Conception Modélisation Procédés

Une meilleure séparation grâce au couplage des modèles

Thèse de Leonel Fangueiro Gomes*

Les procédés de séparation par chromatographie en lit mobile simulé (LMS), utilisés dans l’industrie chimique et agro-alimentaire, reposent sur une technologie d’adsorption cyclique multi-lit, mettant en œuvre un contre-courant entre les phases liquide et solide. Or, l’hydrodynamique au sein des adsorbeurs, eux-mêmes constitués de plusieurs lits et distributeurs, a un impact important sur l’efficacité globale de la séparation.

Pour évaluer précisément cet impact et développer des technologies adaptées à de nouveaux adsorbants, l’apport de la modélisation est crucial.

Toutefois, les outils de CFDa sont inadaptés à la simulation de procédés tels que les LMS, en raison de la complexité de l’hydrodynamique. Une nouvelle méthodologie a donc été élaborée dans le cadre de cette thèse pour traiter cette complexité tout en conservant des temps de simulation raisonnables.

À partir de simulations CFD stationnaires des adsorbeurs industriels, la théorie du transport des âges internesb a été utilisée pour développer et valider un modèle 1D multi-entrée et multisortie, appelé modèle Double Zwieteringc. Ce modèle hydrodynamique est couplé au modèle de transfert de matière et prend en compte les isothermes d’adsorption, sans que cela n’impacte trop les temps de calcul(1). Il permet ainsi une simulation plus précise des résultats expérimentaux (cf. figure) pour les procédés à base de LMS(2), ouvrant au développement de nouvelles géométries de lits et de distributeurs.

Cette méthodologie est d’ores et déjà utilisée à IFPEN pour d’autres applications, tels que les réacteurs en lits mobiles.

 

a - Computational Fluid Dynamics
   
b - Théorie permettant de déterminer, en chaque point d’observation du système, la distribution des temps mis pour y parvenir par les molécules qui y sont situées.
   
c - Appelé ainsi car basé sur les concepts théoriques de degré de mélange développés par Danckwerts et Zwietering dans les années 60.
   
d - Expérience consistant à suivre la composition de sortie d’un lit d’adsorbant à l’entrée duquel on applique une variation de composition d’alimentation.

 

Contacts scientifiques :  frederic.augier@ifpen.fr   -   damien.leinekugel@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 27 - Décembre 2016

* Thèse intitulée Étude du couplage hydrodynamique/adsorption - Application au lit mobile simulé 

Publications

  1. L. Gomes, F. Augier, D. Leinekugel-Le-Cocq, I. Vinkovic, S. Simoëns, Hydrodynamic modelling of complex fixed bed geometries in simulated moving bed adsorption processes, Chemical Engineering Science, 2015, 132, 46-58.
    >> DOI: 10.1016/j.ces.2015.04.019
       
  2.  L. Gomes, F. Augier, D. Leinekugel-Le-Cocq, I. Vinkovic, S. Simoëns, Modelling of a Simulated Moving Bed in case of non-ideal hydrodynamics, Chemical Engineering Science, 2016, 153, 188-198.
    >> DOI: 10.1016/j.ces.2016.07.027

 

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