Modélisation de l`hydrodynamique et du transfert d`oxygène dans un

Modélisation de l’hydrodynamique et du transfert d’oxygène dans un contacteur à disques
Taki-Eddine KIROUANI
Laboratoire ProBioGEM , Université Lille 1
LaTEP, UPPA
[email protected]
Modélisation
Contexte et problématique
La rotation des disques assure la formation et le renouvellement d’un film aqueux
mince, formé sur leur surface. Un transfert d’oxygène s’opère entre le gaz et le liquide
retenu sur les disques en contact avec le gaz. Cet apport en oxygène est indispensable
pour:
•les microorganismes aérobies utilisés dans les bioprocédés.
• l’aération du milieu de fermentation
Objectif : Proposer et résoudre un modèle permettant le calcul du coefficient de transfert kla
Modèle hydrodynamique basé sur les équations de Navier-Stockes
 Modèle de transfert par convection-diffusion dans le film liquide sur les disques
 Résolution du modèle par la méthode de TDMA
Algorithme
Objectif
Etudier le transfert d’oxygène entre la phase gaz et le film liquide de manière
expérimentale et théorique
 Etudier l’influence des paramètres opératoires sur le coefficient de transfert (kla)
 Proposer un modèle théorique basé sur le couplage hydrodynamique-transfert de
matière
 Calcul de l’épaisseur locale et maximale du film liquide en chaque point
 Calcul de champs de vitesse
 Calcul du profil de concentration
 Calcul du volume de film liquide
 Calcul du coefficient de transfert d’oxygène
Partie expérimentale
Objectif
Résultats
Détermination expérimentale du coefficient
de transfert de matière kla
cl  cl
Ln( * 0 )  kl at
cl  c l
Concentration d’oxygène dans le film liquide
Oxygène dissout (%)
*
Résultats
 Le film liquide
è atteint la saturation en oxygène pour les points
proches de l’axe de rotation (r faible) des disques dû à des vitesses
rotationnelles plus faibles au centre et à la faible épaisseur du film
 Pour des valeurs de l’angle  importantes (180°) le film
atteint la saturation grâce à un temps de contact avec le gaz plus
long
Réacteur à disques tournants
ln((cl*-cl)/ (cl*-c0l))
temps (min)
temps (s)
Champs de vitesse
Volume et l’épaisseur de film liquide
• vitesse de rotation des disques
• volume du liquide (taux de
remplissage du réacteur)
• nombre de disques et distance entre
les disques
• débit de recirculation du liquide
• débit de gaz
• température
kla (s-1)
Paramètres opératoires étudiés
Vitesse rotationnelle (rpm)
Conclusion et perspectives
 Validation du modèle de diffusion-convection pour un disque immergé à 50%
 Modèle de diffusion-convection pour un disque immergé à moins de 50%
Compétences développées
 Problème pluridisciplinaire : mécanique des fluides, transfert de matière,
méthodes numériques
 Analyse scientifique des problèmes
 Programmation
 Travail en équipe