étude de l‟hydrodynamique de fluides rhéologiquement complexes

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
COMPLEXES DANS UN MÉLANGEUR MAXBLEND® PAR VÉLOCIMÉTRIE
LASER
ANDRÉ FONTAINE
DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ 
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE CHIMIQUE)
AVRIL 2012
© André Fontaine, 2012.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé:
S
DANS UN MÉLANGEUR MAXBLEND® PAR VÉLOCIMÉTRIE LASER
présenté par : FONTAINE André
e : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le  :
M. HENRY Olivier, Ph.D., président
M. BERTRAND François, Ph.D., membre et directeur de recherche
M. FRADETTE Louis, Ph.D, membre et codirecteur de recherche
M. AJJI Abdellah, Ph.D., membre

iii
DÉDICACE
À Armand, pour le support inestimable accordé pendant toutes ces années.

iv
REMERCIEMENTS
    mon directeur de recherche, François Bertrand, pour tout le
Je suis reconnaissant envers mon codirecteur de recherche, Louis Fradette, pour sa disponibilité
hors pair, ses nombreux conseils et son oreille attentive.
Je remercie Yoann Guntz  travaillé sur ce projet avec moi. Ce fut le plus grand
plaisir de travailler avec toi.
expédie également envers Simon, Paul, Vincent, Cyrille, Sélim, Florian, Julie, Laetitia, Olivier,
Jonathan, Xiao, Hamed et tous les stagiaires trop sereins (Jordan, Benjamin, Guillaume et
Christophe) le plus profond des remerciements à mon épanouissement
maintenir.
            e et la
patience dont elle a fait preuve au laboratoire de rhéologie du CREPEC. Un gros merci également
à Marie-Claude Heuzey pour les judicieux conseils.
Je remercie également Diane et Damienne, toujours souriantes et de grand service.
Je remercie Mourad H
Un grand merci au gens du Laboratoire de génie chimique de Toulouse : Catherine, Joelle,
Karine, Félicie, Tania et les autres.
Un merci à Procter & Gamble et à Sumitomo Heavy Industries pour leur collaboration dans ce
projet.
Une reconnaissance est dirigée vers le CRSNG et le FQRNT pour le support financier accordé.
Finalement, un grand merci à Nicole et Pierre pour pour la correction de
tout ce que je lui ai balancé.

v
RÉSUMÉ
Les fluides industriel présentent très souvent une rhéologie complexe qui a un impact
significatif sur la performance des opérations unitaires en génie chimique. Dans le cas du
a viscosité
élasticité et la rhéofluidifiance peuvent influer dramatiquement sur
       ologie complexe sur le
Maxblend®, qui est reconnu comme 
de fluides rhéologiquement complexes a été étudié dans celui-ci. Le Maxblend est utilisé dans des
procédés comportant des fluides rhéofluidifiants et viscoélastiques et, comme pour la majorité
des -ci en cuve agitée.
Une étude expérimentale a été menée avec des fluides newtoniens et non-newtoniens en régime
laminaire et de transition. Le fluide newtonien était des solutions diluées de glucose et le Stéol a
servis de modèle de fluide très rhéofluidifiant. Un fluide non-newtonien élastique était composé
de CMC et de glucose. Les expériences ont été réalisées dans une cuve contenant 35.4L muni
 Maxblend de 255mm de diamètre et de deux chicanes. Les champs de vitesse ont été
mesurés dans le but       la rhéologie. Une forte
rhéofluidifiance (n < 0.3) et un comportement élastique rhéofluidifiant (n > 0.3) ont été étudiés.
Le temps de relaxation du fluide viscoélastique était de dix fois supérieure au temps de relaxation
du Stéol. Ceci a démontré une élasticité largement supérieure du fluide viscoélastique, ainsi le
Stéol a été considéré inélastique dans cette étude. Les champs de vitesse ont été mesurés par
vélocimétrie laser (Particle Image Velocimetry ou PIV) bidimensionnelle. Cent mesures se sont
révélées suffisantes pour atteinte de la convergence des composantes de la vitesse pour chaque
régime étudié. Le caractère laiteux de la solution de CMC a été contourné en ajoutant une forte
concentration de glucose au solvant. a
révélé la présence de zones ségrégées qui ont été confirmées par la méthode de décoloration. En
 provoqué 
plutôt solide dans le bas de la cuve. Il a été observé que le la distribution
des vitesses étaient réduites par la présence de forces élastiques.  de la
consommation de puissance avec un fluide viscoélastique a été imputée à son caractère élastique.
bidimensionnelle obtenue à partir des résultats de la PIV pour un fluide