Etude de l'hydrodynamique dans une colonne de distillation réactive: Mesure de la distribution des phases par tomographie à rayons X.

Le mémoire concerne l’étude de l’hydrodynamique des écoulements dans des lits fixes parcourus par un écoulement à contre courant de gaz et de liquide. Il est plus particulièrement consacré à l’analyse par tomographie à rayons X de la distribution spatiale des phases liquide et solide dans des empilages de distillation et de distillation réactive.
Le principe de la distillation réactive est de réaliser, dans une même colonne, une réaction chimique exothermique et la séparation des produits par distillation. L’industrie chimique marque beaucoup d’intérêt pour ce type d’appareil en raison des nombreux avantages qu’il offre : une réduction des investissements, puisqu’un seul appareil est utilisé au lieu de deux ; une très grande intégration énergétique des étapes de réaction et de séparation, puisque la chaleur générée par la réaction est directement utilisée pour la distillation ; la possibilité d'augmenter la conversion dans le cas des réactions limitées à l'équilibre ; …
Les empilages utilisés en distillation réactive présentent généralement une structure modulaire. Chaque élément comporte une ou plusieurs zones catalytiques, dans lesquelles la réaction se déroule et une ou plusieurs zones de séparation, où la distillation peut être réalisée. Vu la structure extrêmement complexe de ces empilages, la compréhension et la description des écoulements en leur sein sont des tâches particulièrement ardues que très peu d’équipes de recherches ont entamées jusqu’à présent.
Le but du présent travail de thèse est de collecter une information expérimentale aussi précise et aussi complète que possible, permettant de déterminer les mécanismes hydrodynamiques qui interviennent dans les empilages de distillation réactive. La tomographie à rayons X est utilisée pour mesurer la distribution des phases à différentes échelles, depuis l’échelle locale des détails de l’empilage, jusqu’à l’échelle de la colonne dans son ensemble. Les résultats obtenus permettent non seulement de quantifier les grandeurs hydrodynamiques macroscopiques comme la rétention ou l’aire interfaciale mais, ils permettent également et surtout d’expliquer leur évolution en fonction de la structure de l’empilage et des conditions opératoires.