Détermination des propriétés texturales d’un solide poreux par traçage

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1 Détermination des propriétés texturales d’un solide poreux par traçage
Partie I : présentation du dispositif KACEM Mariem *, SALVADOR Sylvain*, NZIHOU Ange *, DIRION Jean-Louis *, FLAMANT Gilles ** *UMR 2392 CNRS- Laboratoire de Génie des procédés des Solides Divisés, Ecole des Mines d’Albi Carmaux, Campus Jarlard, 81013Albi CT Cedex 09, France. **Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie Solaire, PROMES-CNRS, B.P 5, Font-Romeu Cedex, France. Contexte et objectif: L’objectif de ce travail est de réaliser une expérience permettant de déterminer en continu les propriétés de texture lors de transformations physico-chimique et thermique. Exemple: frittage thermique de l’hydroxyapatite, gazéification du carbone. La méthode expérimentale utilisée est le traçage par gaz d’un échantillon poreux. Nous présentons ici le dispositif préliminaire. Expérience et modèles Le dispositif expérimental est constitué d’un réacteur cylindrique, contenant un solide poreux (sphère à base d’hydroxyapatite macroporeuse), qui n’est pas en contact avec les parois de la cellule. Ce réacteur est parcouru par un gaz non réactif, isotherme, à débit volumique et pression constants. Le gaz est introduit dans la cellule par des jets à grande vitesse, afin de respecter les conditions de réacteur parfaitement agité (RPA). Lorsque l’équilibre hydrodynamique est établi, une stimulation de type échelon est effectuée en introduisant un deuxième gaz neutre avec un débit identique au précédent. La réponse à cette stimulation est mesurée à la sortie du réacteur par un détecteur TCD (Thermal Conductivity Detector). A partir de cette réponse, et en la confrontant à un modèle théorique, nous déduisons la porosité et le coefficient de diffusion effective de l’échantillon. Modèle DTS-RPA: Fonction de transfert tm temps du passage du gaz dans le volume libre tD temps de diffusion interne K constante d’équilibre de partage Injection échelon F La porosité est déterminée par la surface sous la courbe F 1 et 2 permet d’accéder à la diffusivité par la détermination de tD Modèle diffusion-RPA: Dans la particule macroporeuse il y a une diffusion moléculaire Réacteur parfaitement agité autour de la particule *bilan de matière Dans un volume U de la particule sphérique *bilan de matière dans le RPA et Vérification des conditions RPA et résultats à T ambiante Fraction de N2 en fonction du temps en sortie de cellule suite à un échelon en entrée, comparaison entre les résultats théoriques et les résultats expérimentaux : (a) cas d’une cellule vide. (b) cas d’un échantillon non poreux (c) courbes expérimentales d’un échantillon poreux, d’un échantillon non poreux et de la cellule vide. Fraction de N2 en fonction du temps pour différents cas a)Courbe expérimentale et courbe déterminée théoriquement (méthode de la distribution de temps de séjour DTS) b) Courbe expérimentale et courbe déterminée théoriquement (modèle diffusion-RPA) Conclusion et perspectives Un bon accord est trouvé entre les résultats expérimentaux et les résultats théoriques déterminés. L’étape suivante de notre travail consistera à définir les dimensions optimales de la cellule et les conditions opératoires optimales (dimension de l'échantillon et débits des gaz neutres) pour l'identification expérimentale de la porosité et de la diffusivité (voir affiche384). SFGP et 22 sept 2005