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Fluid catalytic cracking (FCC) is one of the most important processes in a modern refinery and is of essential economic importance. The FCC operation presents difficulties related to its complexity. The study was related to its simulation, multivariable control and estimation of key parameters. After a litterature review of the FCC, the different approaches of modelling and cracking kinetics, a FCC model that takes into account the important dynamics was chosen for model predictive control purposes. The riser simulation was carried out for different cracking models and shows great differences between these models, which makes it difficult to define a general riser model for the FCC. Besides the number of lumps, differences deal with the global heat of reaction, the coke formation laws and its deactivation functions. Linear and nonlinear model predictive algorithms were used for FCC control taking into account its multivariable nature and the constraints imposed on the manipulated variables. The controlled outputs, temperature at the riser top and temperature in the regenerator were maintained close to their respective set points in regulation and tracking modes while respecting the constraints on the two manipulated variable, the flow rate of regenerated catalyst and the flow rate of air entering the regenerator. A control with three manipulated variables including the feed flow rate was also successfully tested. Linear predictive control with an observer gave better results than linear quadratic control. Nonlinear predictive control was tested but presents problems for real time implementation. The estimation of coke on the catalyst was carried out using extended Kalman filter, but the estimation errors are important, probably due to an insufficient choice of measurements. The overall study showed that advanced predictive control of the FCC is efficient and must be recommended, but it can still be improved upon particularly by its tuning and state estimation; Le craquage catalytique à lit fluidisé (FCC) est l'un des procédés les plus importants au sein d'une raffinerie moderne et joue un rôle économique primordial. Le fonctionnement du FCC pose des problèmes d'opération liés à sa complexité. L'étude a porté sur la simulation du FCC, sa commande prédictive multivariable et l'estimation de paramètres-clés. Après une revue de la littérature sur les FCC et les différentes approches de modélisation ainsi que des cinétiques de craquage, un modèle du FCC qui intègre les dynamiques importantes a été choisi pour les besoins de la commande prédictive. La simulation du riser a été effectuée pour différents modèles de craquage et a montré de grandes disparités entre modèles, créant une difficulté à définir un modèle général de riser pour les FCC. Outre le nombre de groupes considérés, les différences concernent la chaleur de réaction globale, les lois de formation de coke sur le catalyseur et la désactivation de ce dernier. Des algorithmes de commande prédictive linéaire et non linéaire basée sur le modèle ont été utilisés pour commander le FCC en tenant compte de sa nature multivariable et des contraintes imposées aux variables manipulées. Les sorties commandées, température en haut du riser et température du régénérateur ont été maintenues proches des consignes, tant en régulation qu'en poursuite, tout en respectant les contraintes portant sur les deux variables manipulées, le débit de catalyseur régénéré et le débit d'air entrant dans le régénérateur. Une commande à trois entrées manipulées, incluant le débit d'alimentation, a également été testée avec succès. La commande prédictive linéaire avec observateur a fourni des résultats encore meilleurs que la commande linéaire quadratique. La commande prédictive non linéaire a été testée mais présente des problèmes pour une implantation en temps réel. L'estimation du coke sur le catalyseur a été réalisée par le filtre de Kalman étendu, mais les erreurs d'estimation sont importantes, probablement à cause du choix insuffisant des mesures effectuées. L'ensemble de l'étude a montré que la commande avancée prédictive du FCC est performante et doit être recommandée, mais peut encore être améliorée en particulier par son réglage et l'estimation des états

Fluid catalytic cracking (FCC) is one of the most important processes in a modern refinery and is of essential economic importance. The FCC operation presents difficulties related to its complexity. The study was related to its simulation, multivariable control and estimation of key parameters. After a litterature review of the FCC, the different approaches of modelling and cracking kinetics, a FCC model that takes into account the important dynamics was chosen for model predictive control purposes. The riser simulation was carried out for different cracking models and shows great differences between these models, which makes it difficult to define a general riser model for the FCC. Besides the number of lumps, differences deal with the global heat of reaction, the coke formation laws and its deactivation functions. Linear and nonlinear model predictive algorithms were used for FCC control taking into account its multivariable nature and the constraints imposed on the manipulated variables. The controlled outputs, temperature at the riser top and temperature in the regenerator were maintained close to their respective set points in regulation and tracking modes while respecting the constraints on the two manipulated variable, the flow rate of regenerated catalyst and the flow rate of air entering the regenerator. A control with three manipulated variables including the feed flow rate was also successfully tested. Linear predictive control with an observer gave better results than linear quadratic control. Nonlinear predictive control was tested but presents problems for real time implementation. The estimation of coke on the catalyst was carried out using extended Kalman filter, but the estimation errors are important, probably due to an insufficient choice of measurements. The overall study showed that advanced predictive control of the FCC is efficient and must be recommended, but it can still be improved upon particularly by its tuning and state estimation, Le craquage catalytique à lit fluidisé (FCC) est l'un des procédés les plus importants au sein d'une raffinerie moderne et joue un rôle économique primordial. Le fonctionnement du FCC pose des problèmes d'opération liés à sa complexité. L'étude a porté sur la simulation du FCC, sa commande prédictive multivariable et l'estimation de paramètres-clés. Après une revue de la littérature sur les FCC et les différentes approches de modélisation ainsi que des cinétiques de craquage, un modèle du FCC qui intègre les dynamiques importantes a été choisi pour les besoins de la commande prédictive. La simulation du riser a été effectuée pour différents modèles de craquage et a montré de grandes disparités entre modèles, créant une difficulté à définir un modèle général de riser pour les FCC. Outre le nombre de groupes considérés, les différences concernent la chaleur de réaction globale, les lois de formation de coke sur le catalyseur et la désactivation de ce dernier. Des algorithmes de commande prédictive linéaire et non linéaire basée sur le modèle ont été utilisés pour commander le FCC en tenant compte de sa nature multivariable et des contraintes imposées aux variables manipulées. Les sorties commandées, température en haut du riser et température du régénérateur ont été maintenues proches des consignes, tant en régulation qu'en poursuite, tout en respectant les contraintes portant sur les deux variables manipulées, le débit de catalyseur régénéré et le débit d'air entrant dans le régénérateur. Une commande à trois entrées manipulées, incluant le débit d'alimentation, a également été testée avec succès. La commande prédictive linéaire avec observateur a fourni des résultats encore meilleurs que la commande linéaire quadratique. La commande prédictive non linéaire a été testée mais présente des problèmes pour une implantation en temps réel. L'estimation du coke sur le catalyseur a été réalisée par le filtre de Kalman étendu, mais les erreurs d'estimation sont importantes, probablement à cause du choix insuffisant des mesures effectuées. L'ensemble de l'étude a montré que la commande avancée prédictive du FCC est performante et doit être recommandée, mais peut encore être améliorée en particulier par son réglage et l'estimation des états

The increasing population in the world leads to increasing energy demand. In order to limit emissions of fossil carbon dioxide, a solution is to develop renewable energy alternatives. In this context, the use of biomass is one of the solutions to study. It is in this context that implemented the project ANR GAMECO by a consortium of academic and industrial. This project aims to make reliable use of a bubbling fluidized bed of gasification with air to convert lignocellulosic biomass into synthesis gas. This PhD work aims to address one of the problems of this project: the distribution of biomass and char particles in the fluidized bed and the impact of these distributions when modeling of the gasifier. The study focused on mixtures containing olivine and wood particles of different characteristics. Mixing-segregation results were obtained through measurements in a cold model developed during this PhD work. The obtained experimental data were used to validate and consolidate existing hydrodynamic mixing model of the literature. The last step of the thesis consists in establishing a global model of the fluidized bed reactor for gasification of biomass. This model incorporates the previous hydrodynamic results, coupled with chemical reactions models describing biomass conversion (pyrolysis, oxy-coal gasification tar cracking) after the literature. The results of this model are then compared with results obtained on a hot model, L'augmentation croissante de la demande énergétique mondiale entraine une production importante de dioxyde de carbone fossile. Pour limiter ces émissions, les énergies alternatives renouvelables sont prometteuses, et notamment, l'utilisation de la biomasse. C'est dans ce contexte qu'a été mis en place le projet ANR GAMECO par un consortium rassemblant des laboratoires universitaires et des unités de R&D industrielles. Ce projet vise à consolider l'utilisation d'un lit fluidisé bouillonnant de gazéification sous air pour convertir de la biomasse lignocellulosique en gaz de synthèse. Ce travail de doctorat a pour ambition de répondre à l’une des problématiques de ce projet : la répartition des particules de biomasses et de semi-coke ou charbon au sein du lit fluidisé et sa prise en compte dans la modélisation du gazéifieur. L'étude a porté sur des mélanges contenant de l'olivine et des particules de bois de caractéristiques différentes. Les résultats de mélange-ségrégation présentés ont été obtenus grâce à des mesures en maquette froide développée dans le cadre de cette thèse. Les données expérimentales obtenues ont permis de valider et consolider un modèle de mélange-ségrégation de la littérature. La dernière étape de la thèse consiste en la mise en place d'un modèle global du réacteur à lit fluidisé de gazéification de la biomasse pour prédire la productivité et la qualité du gaz produit. Ce modèle intègre les résultats hydrodynamiques précédents auxquels sont couplés des réactions chimiques de conversion de la biomasse (pyrolyse, oxy-gazéification du charbon, craquage des goudrons) provenant de la littérature. Les résultats de ce modèle sont comparés aux résultats obtenus sur une maquette chaude

The uranium peroxide precipitation in fluidised bed patented by AREVA is currently tested on pilot scale reactor on different mine sites for industrial applications in the short term. The yellow cake produced on this way has very interesting qualities in terms of density, particle size and morphology for handing and transport. In addition, the low level of impurities present in the uranium peroxide is an important advantage for the rest of the manufacturing process fuel. The objective of this work is to determine the thermodynamics and kinetics of primary nucleation and crystal growth governing the uranium peroxide precipitation for a global modelling to stimulate the system behaviour. In order to determine the uranium peroxide solubility over a wide range of operating conditions corresponding to the industrial process conditions, a solubility model has been developed and optimized using experimental measurements. In this study, the solubility product has been identified which allows the calculation of the supersaturation, driving force of the precipitation which is an essential parameter to know in order to study the nucleation and crystal growth kinetics. The primary nucleation is investigated by a phenomenological approach which implements a method developed by Bertrand-Andrieu based on the use of a very fast reagents micromixing device (~1ms). Uranium peroxide primary nucleation kinetics follows the Volmer and Weber law. Furthermore it is shown that the primary nucleation depends on the sulphate concentration, the corresponding law incorporates this link with the BN term related to the interfacial tension and thus the quantity of sulphate absorbed. Crystal growth kinetics is also determined by a phenomenological approach. Due to the hydrogen ion production during the precipitation reaction, the crystal growth experimental study is performed by a pH-metric monitoring. Independent of the impeller speed, crystal growth is surface integration controlled with a spiral mechanism. It is shown that the uranium peroxide crystal growth law is first order with respect to the supersaturation. The kinetic parameter kg is dependent on pH and sulphate concentration, an empirical law function of the experimental conditions is then proposed for this parameter, Le procédé de précipitation du peroxyde d'uranium en lit fluidisé breveté par AREVA est actuellement testé à l'échelle pilote sur différents sites miniers en vue d'applications industrielles à court terme. Le yellow cake formé par ce procédé a des qualités très intéressantes en termes de densité, granulométrie et morphologie pour la manipulation et le transport. De plus, le faible taux d'impuretés présents dans le peroxyde d'uranium est un atout important pour la suite du procédé de fabrication du combustible. L'objectif de ce travail est de déterminer la thermodynamique ainsi que les cinétiques de nucléation primaire et de croissance cristalline qui régissent la précipitation du peroxyde d'uranium en vue d'une modélisation globale permettant de simuler le comportement du système. Afin de déterminer la solubilité du peroxyde d'uranium sur une large gamme de conditions opératoires correspondante aux conditions du procédé industriel, un modèle de solubilité a été développé et optimisé à l'aide de mesures expérimentales. Dans le cadre de cette étude, le produit de solubilité a été identifié ce qui a permis la mise en équation et le calcul de la sursaturation, force motrice de la précipitation qu'il est indispensable de connaitre pour l'étude des cinétiques de nucléation et de croissance. Les nucléations primaires sont étudiées par une approche phénoménologique qui met en oeuvre une méthode développée par Bertrand-Andrieu basée sur l'utilisation d'un appareil permettant un micromélange très rapide (~1ms) des réactifs. La cinétique de nucléation primaire du peroxyde d'uranium suit la loi classique de Volmer et Weber. De plus il est démontré que la nucléation primaire est fonction de la concentration de sulfate, la loi correspondante intègre alors cette dépendance via le terme BN lié à la tension interfaciale et ainsi à la quantité de sulfate absorbée. La cinétique de croissance est de même déterminer par une approche phénoménologique. Au vue de la production d'ions H+ au cours de la réaction de précipitation, l'étude expérimentale de la croissance cristalline est effectuée par suivi pH-métrique. Étant indépendante de la vitesse d'agitation, la croissance est contrôlée par l'intégration au réseau cristallin selon un mécanisme en spirale. Il est démontré que la loi de croissance du peroxyde d'uranium est d'ordre un vis-à-vis de la sursaturation, le paramètre cinétique kg étant dépendant de la concentration de sulfate et du pH, une loi empirique fonction des conditions expérimentales est alors proposée pour ce paramètre

Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques are used to model the precipitation of Barium Carbonate in a solid-liquid fluidized bed reactor. The study is divided in two sections: The hydrodynamic behavior and the barium carbonate precipitation. The CFD model is validated with experimental results for both cases. In the first part, a neutralization reaction in the fluidized bed column with and without solids is carried out. In order to simulate the liquid phase reaction, the Eddy Dissipation Model (EDM), the Eddy Dissipation - Multiple Time Scale turbulent mixer model (EDM-MTS) and the Eddy Dissipation Concept (EDC) reaction models are tested. The model EDM-MTS is chosen for giving the best approach and for being the less computationally expensive. In the second part, the population balance equation is added to the model in order to calculate the Particle Size Distribution (PSD) in the fluidized bed reactor. The discrete method is chosen to solve the population balance equation coupled with the multi-phase Eulerian-Eulerian model, the k-e turbulence model and the EDM-MST model. The nucleation, growth and aggregation kinetics of BaCO3 are included in the precipitation model. The experimental BaCO3 precipitations realized in a fluidized bed reactor allowed the CFD precipitation model validation. The PSD obtained by CFD are in good agreement with the experimental PSD, La mécanique des fluides numérique (CFD) est utilisée pour modéliser la précipitation du carbonate de baryum dans un réacteur à lit fluidisé. L'étude est divisée en deux parties : la modélisation de l'hydrodynamique du réacteur et la modélisation de la précipitation du carbonate de baryum. Pour ces deux parties, les modèles sont validés par l'expérience. Dans la première partie de l'étude, des réactions instantanées de neutralisation en absence et en présence de particules solides inertes sont mises en oeuvre dans le réacteur à lit fluidisé. Pour représenter la réaction chimique dans la phase liquide, plusieurs modèles son testés : le modèle Eddy Dissipation (EDM), le modèle Eddy Dissipation Concept (EDC) et le modèle modifié Eddy Dissipation- Multiple Time Scale turbulent mixer (EDM-MTS). Le modèle qui donne la meilleure prédiction de la réaction chimique est choisi : il s'agit du modèle EDM-MTS, qui demande aussi le moins de temps de calcul. Dans la deuxième partie, l?équation de bilan de population est incorporée au code de calcul pour prédire la distribution de taille des particules (PSD). La méthode des classes est implémentée couplée avec le modèle des écoulements multiphasiques Eulérien-Eulérien, le modèle de turbulence k-e et le modèle EDM-MTS. Les cinétiques de précipitation de BaCO3 sont incluses dans le modèle. Des expériences de précipitation du BaCO3 en réacteur à lit fluidisé permettent de valider le modèle de CFD développé. La PSD donnée par le modèle de CFD est en bonne concordance avec les résultats expérimentaux

The objective of this work is to conceive, develop, implement and to optimize a continuous technology allowing a good control of the precipitation reactions, fast chemical process, giving birth to a solid phase. This precipitor is a multipurpose engine with fluidized bed which did not make the same great strides like fluidized bed crystallizers. Two experimental approaches were adopted : (1) the study of the mixing phenomena of the reagents and (2) the study of the influence of the operating conditions on the precipitation of a model product. The model product selected for this study is the calcite, the polymorphic most stable phase of calcium carbonate which has three polymorphs: vaterite, aragonite and calcite. The latter is obtained by the precipitation reaction between the calcium chloride and sodium carbonate solutions at a temperature of 20° C and a complexing agent (sodium citrate) to have the required crystalline form. A kinetic study was undertaken for the determination of the nucleation and crystalline growth kinetics of calcite in citrate medium. The fluidized bed reactor, having a volume of 10 L, consisted of two zones: cylindrical for fluidization and classification of the particles and cylindro-conical for decantation, was conceived at the Chemical Engineering Science Laboratory (LSGC). The study of mixing phenomena, performed using the decoloration acid-base reaction and the hydrodynamic study, carried out using suspensions of glass microballs, made it possible to develop and optimize this multipurpose reactor. The feasibility of the precipitation of calcite in a fluidized bed was then checked. The experiments carried out in the presence of an important solid content made it possible to decrease supersaturation and to support the crystalline growth. The precipitate obtained presents a relatively narrow size distribution and the particle shape is appreciably spherical. Lastly, the modelling tests of the fluidized bed reactor were undertaken to carry out simulations using the FLUENT commercial computer code; L'objectif de ce travail est de concevoir, développer, mettre en oeuvre et optimiser une technologie continue permettant une bonne maîtrise des réactions de précipitation, processus chimique rapide donnant naissance à une phase solide. Ce précipiteur est un réacteur multifonctionnel à lit fluidisé qui n'a pas connu le même essor que les cristallisoirs à lit fluidisé. Deux approches expérimentales ont été adoptées : (1) l'étude des phénomènes de mélange des réactifs et (2) l'étude de l'influence des conditions opératoires sur la précipitation d'un produit modèle. Le produit modèle choisi pour cette étude est la calcite, le polymorphe le plus stable du carbonate de calcium qui possède trois polymorphes : la vaterite, l'aragonite et la calcite. Cette dernière est obtenue via la réaction de précipitation entre les solutions de chlorure de calcium et de carbonate de sodium à une température de 20° C et en présence d'un agent complexant (citrate de sodium) pour orienter la forme cristalline recherchée. Une étude cinétique a été menée pour la détermination des cinétiques de nucléation et de croissance cristalline de la calcite en milieu citrate. Le réacteur à lit fluidisé, de volume de 10 L, constitué de deux zones : cylindrique de fluidisation et de classification des particules et cylindro-conique de décantation, a été conçu au Laboratoire des Sciences du Génie Chimique. L'étude du mélange global, réalisée à l'aide de la réaction de décoloration acide-base et l'étude hydrodynamique, réalisée à l'aide de suspensions de microbilles, ont permis de développer et d'optimiser ce réacteur multifonctionnel. La faisabilité de la précipitation de la calcite en lit fluidisé a été ensuite vérifiée. Les expériences effectuées en présence d'une charge solide conséquente ont permis de diminuer la sursaturation et de favoriser la croissance cristalline. Le précipité obtenu présente une distribution de taille relativement étroite et la forme des particules obtenues est sensiblement sphérique. Enfin, des essais de modélisation du réacteur à lit fluidisé ont été entrepris pour réaliser des simulations à l'aide du code de calcul commercial FLUENT

This work is focused on the dry method synthesis of alkaline metal ferrates (A2FeVIO4, A = K, Na) by using chlorine as oxidant. The ferrates (VI) are compounds which contain iron under its oxidation state +6. They gain growing importance in the industrial effluent and water treatment because of multipurpose nature of FeVI. Although the existence of alkaline ferrates has been mentioned for one century, the alkaline ferrates were not the subject of a considerable number of studies. This is mainly due to their instability and difficulties concerning the methods of preparation. The alkaline ferrate synthesis in the rotary reactor was carried out at room temperature and the whole reaction of synthesis was exothermic. For the realized tests of synthesis, solid quantities of (iron salt + AOH) of a few tens of grams up to 400 grams were used. The effects of various parameters on the synthesis process were studied. In the perspective of improving the process of synthesis and applying the industrial extrapolation, the synthesis of ferrate was realised in a fluidized bed reactor. The proceeding occurs by two successive steps: the first consisting in mixing beforehand the sodium hydroxide with ferrous sulphate and the second to fluidize the mixture obtained in the presence of diluted chlorine. The application of this process makes possible to attain a yield in FeVI of about 56 % and the results obtained show a clean and innovative process of low cost for the synthesis of alkaline metal ferrates on a large scale, Ce travail est focalisé sur la synthèse par voie sèche des ferrates de métaux alcalins (A2FeVIO4, A = K, Na) en utilisant le chlore comme oxydant. Les ferrates (VI) sont des composés qui contiennent du fer sous son état d'oxydation +6. Leur importance s'avère grandissante dans le traitement des eaux et des effluents industriels du fait de la nature multifonctionnelle du FeVI. Bien que l'existence de ferrates alcalins soit citée depuis un siècle, ceux-ci n'ont pas fait l'objet d'un nombre considérable d'études. Ceci est principalement du à leur instabilité et aux difficultés concernant les méthodes de préparation. La synthèse de ferrates alcalins dans le réacteur rotatif a été réalisée à température ambiante et la réaction totale de synthèse fut exothermique. Pour les expériences effectuées, des quantités de réactants solides (sel de fer + AOH) allant de quelques dizaines de grammes jusqu'à 400 grammes ont été utilisées. Les effets de différents paramètres sur le déroulement de la synthèse ont été étudiés. Afin d'améliorer le processus de synthèse et appliquer l?extrapolation industrielle, la synthèse de ferrates a été réalisée au sein d'un réacteur à lit fluidisé. Le procédé consiste premièrement, à mélanger préalablement l?hydroxyde de sodium (NaOH) avec le sulfate ferreux (FeSO4 H2O) et deuxièmement, à fluidiser le mélange obtenu en présence du chlore dilué. L'application de ce procédé permet d'atteindre un rendement en FeVI d'environ 56 %. Les résultats obtenus témoignent d'un processus propre et innovant et d'un faible coût pour la synthèse des ferrates de métaux alcalins à plus grande échelle

The purification process of sodium chloride solutions consists of the precipitation of Ca2+ and Mg2+ ions as calcium carbonate and magnesium hydroxide. The impurity content is low, so the best results can be obtained when the precipitation takes place in a fluidized bed reactor where the solid concentration is high. The improvement of the precipitate quality, mainly composed of CaCO3, is necessary for the good running of the process, thus the control of the calcium carbonate polymorphism is essential. First, a reliable method for the quantitative determination of the polymorphic composition using Raman spectroscopy combined with multivariate curve resolution is developed. Then the key parameters which control the polymorphic. composition are identified through the experiments carried out in a batch reactor. Based on these results, a new process using a fluidized bed reactor is designed and experimentally tested. From these experiments, the optimal operating conditions allowing a high level of purification and a very good solid/liquid separation are determined, Le procédé industriel pour purifier des solutions concentrées de chlorure de sodium consiste en la précipitation des ions calcium sous forme de carbonate de calcium et des ions magnésium sous forme d'hydroxyde de magnésium. Ces impuretés étant en faible concentration, la précipitation est menée en réacteur à lit fluidisé en présence d’une forte charge solide. La maîtrise de la qualité du précipité, constitué. Dans un premier temps, une méthode analytique fiable est développée pour déterminer quantitativement la composition d’un mélange de polymorphes : la spectroscopie Raman associée à une méthode de résolution de courbes. Ensuite, la précipitation du carbonate de calcium en réacteur fermé permet d’identifier les paramètres clés du procédé pour maîtriser la composition polymorphique. A partir de ces résultats, un nouveau procédé de purification en réacteur continu à lit fluidisé est conçu et mis en œuvre. L’étude expérimentale réalisée dans celui-ci permet de définir les paramètres opératoires conduisant à une parfaite maîtrise de la qualité du précipité et une conduite optimale de la purification

Non disponible / Not available, La présente thèse est destinée à l'étude des phénomènes transitoires dans les réacteurs polyphasiques. le premier but de cette étude est la détection des variations de régime ou de vitesse dans les lits fluidises triphasiques et dans les lits fixes liquide - solide. Le second objectif est l'étude de l'effet des fluctuations de vitesse sur les transferts de matière et de chaleur. Nous avons montre qu'il est possible de détecter un régime fortement hétérogène dans les lits fluidises triphasiques par des mesures de conductivité ou de transfert de matière. nous montrons que le type de distributeur de gaz et la présence d'inhibiteurs de coalescence jouent un rôle primordial dans l'apparition du régime piston solide. Dans un lit fixe liquide - solide, il est possible de détecter les fluctuations de vitesse locales par des mesures de transfert de matière. Un modèle dynamique, base sur la théorie du renouvellement de surface, a été validé qui permet d'évaluer la vitesse de liquide a partir de mesures électrochimiques du transfert de matière. Cette approche a été transposée au transfert de chaleur. Le type de sonde utilisée ne nous a pas permis de choisir avec certitude un modèle dynamique. Une fonction représentant les pertes serait à introduire pour être tout a fait rigoureux. En lit fixe liquide - solide, nous avons montre que le transfert de matière liquide - solide n'est amélioré considérablement que s'il y a inversion de vitesse lors des pulsations. Dans ces systèmes, le modèle du renouvellement de surface permet d'identifier les conditions qui optimisent les transferts. En lit triphasique, il n'y a pas d'effet des pulsations induites sur le transfert de matière liquide - solide ou solide - gaz. Nous avons entrevu une potentialité d'augmenter les transferts lors du régime piston solide, mais une étude complémentaire permettrait de confirmer cette hypothèse.

Not available, La lixiviation bactérienne est l'application biotechnologique la plus importante dans l'industrie métallurgique, celle-ci est utilisée pour la récupération des métaux par lessivage, utilisant les capacités que possèdent certains micro-organismes à solubiliser les métaux. Ce travail est divisé en quatre sections: premièrement, nous avons identifié la composition microbiologique de la culture mixte en notre possession. Cette culture mixte est composée de trois populations bactériennes. Deuxièmement, nous avons étudié l'influence de certains paramètres physico-chimiques tels que le pH, la température, la concentration en CO2, le taux de solides et l'ajout de Fe3+ au milieu réactionnel sur la cinétique de la biolixiviation, en culture discontinue. Ces études ont notamment conduit à la détermination d'un pH (1.75), d'une température (32-37°C) et d'une concentration en CO2 (0,03 et 2% v/v) optimaux pour ce procédé. Troisièmement, nous avons comparé différents systèmes réactionnels (air-lift, lit fluidisé et mécaniquement agité) pour aider au choix d'une future technologie alternative. Notre dernière contribution a porté sur l'étude de la capacité de la culture mixte à oxyder des déchets industriels contenant de l'antimoine, en culture discontinue. Nous avons étudié le rôle important de l'interaction galvanique entre la pyrite et les résidus antimoniés sur la récupération de l'antimoine

Not available, L’objectif général de ce travail est de trouver un procédé permettant le biotraitement d'effluents industriels chargés en nitrates. Dans un premier temps, des études cinétiques ont été menées sur des souches sélectionnées dans les boues issues des bassins de stockage (Pseudomonas sp. s1, et Staphylococcus sp. s2). Les cultures ont été réalisées en fermenteur de 2 litres en discontinu et en continu afin de trouver le substrat carboné adéquat, et de chercher la concentration limite en nitrate permettant la dénitrification de l'effluent dilué. L’acide acétique a été le substrat le plus intéressant comparé au méthanol, à l'éthanol et au glucose. La concentration maximale pour une dénitrification totale était de 37gNO3-/1. Dans une deuxième partie, un réacteur pilote à lit fluidisé de 50 litres à été dimensionné. Les premières études se sont portées sur l'hydrodynamique et sur le choix du support pour les bactéries. Le réacteur fonctionne en réacteur parfaitement agité. L’expérience a montré que le temps de développement du biofilm était de 1 mois, et que la dénitrification totale pouvait être atteinte. Enfin, dans une dernière partie, un modèle a permis d'interpréter le fonctionnement de l'association des deux souches. Il est basé sur les équations de Monod, et fait intervenir des phénomènes d'inhibition sur s1 et s2. La validation de ce modèle non structuré a été réalisée sur des cultures discontinues et continues pour différentes concentrations en nitrate

Not available, Cette étude consiste en une comparaison de la performance des réacteurs catalytiques à lit fixe avec écoulement de gaz et de liquide opérant dans différents sens d'écoulement. Du point de vue théorique, la comparaison est faite au niveau des différents paramètres hydrodynamiques et de transfert de matière. Un modèle du réacteur a été développé comme outil pour déterminer l'effet de chacun de ces paramètres sur la performance du réacteur. Expérimentalement, une comparaison entre les performances obtenues à co-courant ascendant et descendant a été faite. Ces essais ont été réalisés en unité pilote en utilisant comme réaction l'hydrogénation sélective du butadiène dans une coupe C4. La sélectivité obtenue dans la disposition à co-courant descendant est plus faible que pour le cas à co-courant ascendant, surtout pour les plus faibles vitesses de liquide étudiées. On montre que la dégradation de la sélectivité est principalement due aux problèmes de mauvaise distribution des fluides. Pour l'écoulement ruisselant, indépendamment d'un phénomène d'hystérésis qui a été mis en évidence, les problèmes de répartition sont liés à la structure même de l'écoulement. En effet, le liquide s'écoule sous forme de filets alors que dans certaines zones l'arrosage est imparfait

Not available, L'objectif de ce travail est l'étude de l'hydrodynamique des réacteurs à lit fluidisé gaz-liquide-solide à co-courant ascendant de gaz et de liquide et à phase liquide continue, en s'intéressant particulièrement aux effets d'échelle, de distributeur et de la présence d'inhibiteurs de coalescence. Une banque de données sur les paramètres hydrodynamiques a été établie ; elle contient actuellement près de 7000 données dues aux travaux de 38 équipes, dont notre groupe. L'étude expérimentale porte sur le minimum de fluidisation, les régimes d'écoulement et les retentions des phases ; elle a été effectuée dans une colonne d'assez grande taille (diamètre 0,15 m, hauteur 5 m). Nous avons effectué des mesures avec quatre configurations d'un distributeur à plaque perforée et un distributeur à mélangeur statique. Les liquides utilisés sont l'eau et des solutions aqueuses diluées de différents alcools ou de sel. Les diamètres de particules sont compris entre 1 et 4 mm. Le type de distributeur et l'inhibiteur de coalescence ont des effets très importants sur les régimes d'écoulement et la vitesse minimale de fluidisation triphasique : en particulier, nous décrivons un régime d'écoulement nouveau, le pistonnage. Nous proposons une corrélation originale pour estimer la vitesse minimale de fluidisation pour l'eau. En ce qui concerne les rétentions de phases, les effets du distributeur et d l'inhibiteur de coalescence sont également très influents, surtout sur la rétention gazeuse et la porosité du lit. Nous proposons une technique de caractérisation du distributeur basée sur le concept de vitesse de glissement. Les corrélations empiriques et les modèles de prédiction fondés sur les modèles de trainées de bulles, d'une manière générale, sont peu satisfaisantes. Nous proposons quelques directions de recherches pour tenter de remédier à cet état

Not available, L'objectif de ce travail est de caractériser les principaux phénomènes qui contrôlent le métabolisme cellulaire et la production de Prourokinase (Puk) en réacteur agité. De manière à établir un modèle physiologique du comportement cellulaire, il est tout d'abord nécessaire de comprendre les interactions entre les cellules et leur environnement. Dans ce but, deux approches sont suivies. Dans un premier temps, les évolutions cinétiques générales : prolifération, consommations de glucose, de glutamine et d'autres acides aminés, production de Lactate, d'Ions ammonium et de Puk, sont étudiées dans des conditions variables. Dans un second temps, une analyse plus précisé des phénomènes régissant la synthèse de Puk est réalisée. Différents modes de culture sont comparés : discontinu, recharge-récolté et perfusion. La perfusion qui permet d'atteindre des concentrations cellulaires (10-7 Cell/ml) et une production d'enzymes élevées est préférée. Nous montrons que, dans ce système, l'arrêt de la multiplication est cause par une limitation en acides aminés. La chute de l'ensemble des activités cellulaires avec l'apparition de la phase stationnaire conduit à l'étude de la régulation transcriptionnelle de l'expression de la Puk. Par ailleurs, des analyses de cryométrie en flux et d'activité Idh (lactico-déshydrogénase) montrent que le plateau cellulaire correspond, en réalité, à un équilibre dynamique entre une croissance et un décès lents. La production de Puk apparait de ce fait comme essentiellement liée à la prolifération. Le modèle mathématique proposé est base sur des lois de Monod pour les expressions de multiplication et le décès cellulaire tandis que les productions et consommations de métabolites sont dépendantes de la vitesse spécifique de croissance et de la concentration cellulaire. Le modèle simule correctement les cinétiques expérimentales dans une large gamme de conditions de culture

no english abstract, Dans le cadre des recherches réalisées au département de Chimie de l'Ecole des mines de Saint Etienne, s'est développée depuis 1968 une technique consistant à utiliser un réacteur à lit fluidisé pour déterminer une cinétique d'adsorption ou de déshydratation. Cette technique diffère des méthodes classiques de la cinétique hétérogène surtout par le fait qu'un écoulement gazeux traverse la couche solide étudiée. Bien qu'il soit nécessaire pour suivre l'évolution d'une réaction d'analyser la phase gazeuse émanant du réacteur, l'utilisation du lit fluidisé présente de nombreux avantages. En particulier, le réacteur est parfaitement isotherme quelle que soit la masse du produit étudié. On ne peut, cependant, éviter les variations de composition de l'atmosphère gazeuse en contact avec le solide, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats expérimentaux