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La contre-agitation optimisée à moindre coût

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Avec sa nouvelle gamme de brise-lames « C-baffles », Pfaudler permet d'approcher les performances de la perturbation maximale tout en respectant les contraintes des réacteurs émaillés.
INNOVATION La performance de l'agitation dans un réacteur agité (émaillé ou non) dépend de nombreux facteurs, notamment du choix du mobile d'agitation le mieux adapté à l'opération à réaliser. Souvent, l'influence de la contre-agitation est négligée. Ceci s'explique par le fait qu'on se place toujours dans le cas de la « perturbation maximale », à savoir quatre lames plates à angles saillants soudées sur la paroi à 90° le long de la génératrice, de largeur de 8 à 11 % du diamètre de la cuve et avec un interstice par rapport à la paroi d'environ 2 % du diamètre. Cependant, cette perturbation maximale éprouvée pour les réacteurs agités en Inox présente un certain nombre d'inconvénients pour les réacteurs émaillés et ne leur est pas transposable sans risque. Pour cette raison, Pfaudler a développé une nouvelle gamme de brise-lames, appelée « Cbaffle », s'approchant des performances hydrodynamiques de la perturbation maximale, mais prenant en compte les spécificités des réacteurs émaillés. La notion de perturbation maximale, facilement applicable aux réacteurs agités en Inox, n'est pas adaptée en pratique à un réacteur émaillé pour les raisons suivantes : - après la garniture mécanique et l'agitation, le brise-lames est l'élément le plus sollicité mécaniquement (abrasion induite par le flux, turbulences…) ; il doit être considéré comme une pièce d'usure, remplaçable et interchangeable simplement quand sa performance hydrodynamique est accrue ceci est d'autant plus vrai ; - du fait des contraintes spécifiques liées à l'émaillage, des pales plates à angles saillants ne sont pas réalisables comme cela est le cas pour l'Inox. Le risque d'éclat d'émail sur de très petits rayons est trop important, la géométrie à angles saillants de la perturbation maximale ne peut être réalisée ; - le brise-lames assure d'autres fonctions, par exemple de porteur de sonde de température ou de détecteur de corrosion. Pour le cas de brise-lames soudés sur la paroi, ces fonctions ne peuvent être réalisées que de façon très complexe ou avec un risque d'exploitation accru. Partant de ce constat, Pfaudler a recherché un concept de brise-lames avec des performances hydrodynamiques s'approchant au mieux de la perturbation maximale, tout en respectant les contraintes spécifiques aux réacteurs émaillés. Le « C » baffle : un brise-lames avec profil en « C » L'effet de contre-agitation dépend essentiellement du coefficient cw (coefficient de pénétration dans le fluide). Plus le cw est élevé, meilleur est l'effet de perturbation. Avec le C-baffle, Pfaudler a développé une géométrie à cw élevé, mais conçue de telle façon qu'elle reste émaillable sans risque. Le profil en « C » est celui pour lequel le cw le plus élevé a pu être obtenu. Des essais comparatifs de configurations de brise-lames ont été effectués dans un réacteur de 4 000 litres. Pour une parfaite objectivité et compréhension de la comparaison, seule la configuration des brise-lames a été remplacée d'un essai à l'autre. Le degré de perturbation obtenu pour la perturbation maximale a été défini à 100 %. Pour la contre-agitation traditionnelle type queue de castor, le degré de perturbation s'établit à environ 65 % de la perturbation maximale, alors que pour une configuration à deux C-baffles, il se situe à 90 %, soit identique à trois pales soudées sur la paroi, en version Inox. Le temps de mélange étant inversement proportionnel au degré de perturbation, on peut, en équipant de C-baffles un réacteur existant, réduire très sensiblement les temps de mélange. Comme un brise-lames traditionnel en queue de castor, le C-baffle se monte de l'extérieur, par montage à bride sur la tubulure du réacteur prévue à cet effet. Le remplacement d'une queue de castor par un C-baffle n'implique aucune intervention supplémentaire sur le réacteur. De plus, par une conception habile de la bride de raccordement, le C-baffle permet de disposer d'une tubulure procédé supplémentaire. Dans la plupart des cas, celle-ci n'est inférieure que d'un DN au DN de la tubulure du réacteur. De ce fait, la contre-agitation ne monopolise plus de tubulure procédé. Performances remarquables pour l'introduction de liquides ou solides Lors de l'agitation, une onde en forme d'arc se forme à la surface du milieu agité immédiatement devant la partie concave du « C », à l'endroit où le liquide est fortement freiné. Un courant hélicoïdal descendant se crée dans la partie concave du « C ». Les particules, solides ou liquides, dans cette zone sont captées et tirées vers l'extrémité inférieure du C-baffle dans sa partie concave par un écoulement axial relativement fort. De plus, l'effet de cisaillement résultant autour du C-baffle casse tout conglomérat solide éventuellement présent. Une amélioration significative peut encore être obtenue si les particules introduites sont guidées à travers le ciel gazeux du réacteur dans l'axe de la partie concave du « C » juste en dessous du niveau liquide du milieu. Grâce à sa géométrie particulière, il est possible de monter un tube d'introduction dans la tubulure axiale du C-baffle et de guider ainsi les produits à introduire à l'endroit idéal pour bénéficier de l'effet décrit ci-dessus. En conclusion, avec le développement du C-baffle, Pfaudler a atteint ses principaux objectifs : - augmentation significative de la performance de contre-agitation des brise-lames dans les réacteurs émaillés en s'approchant au mieux de la perturbation maximale ; - gain d'une tubulure procédé à l'endroit du brise-lames ; - mise à disposition de points de mesure de la température dans la masse réactionnelle ; - haute disponibilité du réacteur émaillé en cas de dommage ou d'usure du brise-lames, le remplacement est rapide, aisé, peu coûteux ; - modernisation à moindre coût d'appareils existants, le C-baffle est interchangeable avec un brise-lames en queue de castor actuellement en place, le coût d'une telle modernisation est très inférieur à celui d'un changement de cuve ; - géométrie particulièrement adaptée à l'introduction de liquides ou de solides dans le milieu réactionnel. Les résultats et chiffres annoncés dans cet article ont été établis par mesure directe dans des cuves et sont reproductibles grâce à une unité de démonstration mobile que Pfaudler met à disposition de ses clients. Celle-ci sert également à l'optimisation des mobiles d'agitation en fonction des spécificités des procédés. Charles Banzet (Pfaudler France).

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