Contribution à l'automatisation et à la modélisation de la méthanisation d'effluents industriels en réacteur à lit fixe PDF Download
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Book Description
Cette étude place d'abord la fermentation méthanique parmi les procédés de traitement et de valorisation de la biomasse. Les performances (épuration, production de méthane) des différentes technologies utilisées (1er et 2ème génération) sont présentées. Les étapes du processus, les paramètres physico-chimiques et les populations bactériennes impliquées sont examinés, afin de définir les conditions optimales de fonctionnement. Le rôle primordial des acide gras volatils comme paramètre de contrôle commande est mis en évidence. Les aspects particuliers de la fermentation à film fixé et les supports utilisés sont ensuite présentés. Une mise au point sur l'état des travaux concernant la modalisation de la fermentation anaérobie est enfin effectuée. Dans le cadre de cette étude nous avons conçu et réalisé un pilote de laboratoire de 16,3 1, garni d'anneaux en PCV (filtre anaérobie), spécialement adapté pour le suivi de certains paramètres. L'emploi d'effluents des industries agro-alimentaires très chargés en matières organiques nous a permis de travailler à de très fortes charges volumiques et à très courts temps de séjour hydraulique, tout en préservant des performances satisfaisantes en dépollution et en productivité de méthane. L'automatisation conçue et réalisée en connectant des capteurs et des actionneurs à un ordinateur industriel, a permis un fonctionnement en mode « guide-opérateur ». Le contrôle-commande aisé de certains paramètres a assuré une grande stabilité du processus de méthanisation, même dans des conditions dites « extrêmes ». Les possibilités conversationnelles de l'automatisation et la modularité des logiciels ont permis une grande souplesse de fonctionnement. La sécurité des manipulations a fait l'objet d'une réflexion spécifique. Les résultats du suivi de certains paramètres - pour trois concentrations différentes du substrat et pour plusieurs temps de séjour hydraulique - à différentes du fermenteur sont analysés. Un modèle de la fermentation à film fixé a été examiné et validé par comparaison systématique aux résultats expérimentaux
Book Description
Cette étude place d'abord la fermentation méthanique parmi les procédés de traitement et de valorisation de la biomasse. Les performances (épuration, production de méthane) des différentes technologies utilisées (1er et 2ème génération) sont présentées. Les étapes du processus, les paramètres physico-chimiques et les populations bactériennes impliquées sont examinés, afin de définir les conditions optimales de fonctionnement. Le rôle primordial des acide gras volatils comme paramètre de contrôle commande est mis en évidence. Les aspects particuliers de la fermentation à film fixé et les supports utilisés sont ensuite présentés. Une mise au point sur l'état des travaux concernant la modalisation de la fermentation anaérobie est enfin effectuée. Dans le cadre de cette étude nous avons conçu et réalisé un pilote de laboratoire de 16,3 1, garni d'anneaux en PCV (filtre anaérobie), spécialement adapté pour le suivi de certains paramètres. L'emploi d'effluents des industries agro-alimentaires très chargés en matières organiques nous a permis de travailler à de très fortes charges volumiques et à très courts temps de séjour hydraulique, tout en préservant des performances satisfaisantes en dépollution et en productivité de méthane. L'automatisation conçue et réalisée en connectant des capteurs et des actionneurs à un ordinateur industriel, a permis un fonctionnement en mode « guide-opérateur ». Le contrôle-commande aisé de certains paramètres a assuré une grande stabilité du processus de méthanisation, même dans des conditions dites « extrêmes ». Les possibilités conversationnelles de l'automatisation et la modularité des logiciels ont permis une grande souplesse de fonctionnement. La sécurité des manipulations a fait l'objet d'une réflexion spécifique. Les résultats du suivi de certains paramètres - pour trois concentrations différentes du substrat et pour plusieurs temps de séjour hydraulique - à différentes du fermenteur sont analysés. Un modèle de la fermentation à film fixé a été examiné et validé par comparaison systématique aux résultats expérimentaux
Author: Pierre Buffiere Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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CETTE THESE PORTE SUR LES REACTEURS DE DIGESTION ANAEROBIE A LIT FLUIDISE, CES REACTEURS, GENERALEMENT UTILISES POUR LA DEPOLLUTION CARBONEE D'EFFLUENTS DES INDUSTRIES CHIMIQUES OU AGROALIMENTAIRES, PERMETTENT DE TRAITER DE FORTES CHARGES POLLUANTES. LA MAJORITE DU CARBONE AINSI TRAITE SE RETROUVE SOUS FORME DE BIOGAZ (METHANE ET DIOXYDE DE CARBONE). CE GAZ EST FORME EN QUANTITES IMPORTANTES ET EST SUSCEPTIBLE DE MODIFIER LES ECOULEMENTS ET LES MELANGES. CE TRAVAIL SE DEVELOPPE AUTOUR D'UNE ETUDE HYDRODYNAMIQUE ET D'UNE ETUDE DE LA CINETIQUE BIOLOGIQUE. L'ETUDE DE L'HYDRODYNAMIQUE S'EST ORIENTEE VERS LA CARACTERISATION EXPERIMENTALE DES RETENTIONS DE SOLIDE, DE LIQUIDE ET DE GAZ AINSI QUE VERS LA DESCRIPTION ET LA MODELISATION DES MELANGES DANS LES REACTEURS FLUIDISES A TROIS PHASES LORSQUE LA PHASE GAZEUSE EST GENEREE IN SITU, COMME C'EST LE CAS EN METHANISATION. L'ETUDE DE LA CINETIQUE BIOLOGIQUE A CONDUIT A DECRIRE LA CINETIQUE D'EPURATION ET A CARACTERISER L'INFLUENCE DES TRANSFERTS EN MATIERE (ET NOTAMMENT LA DIFFUSION DES SUBSTRATS DANS LES BIOFILMS) A L'AIDE D'UN MODELE CINETIQUE COMPLETE PAR DES ESSAIS EXPERIMENTAUX. LA DESCRIPTION DE LA CINETIQUE D'UNE PART ET DE L'HYDRODYNAMIQUE D'AUTRE PART PERMET DE CONJECTURER LES CAS POUR LESQUELS LES PHENOMENES LIES AUX ECOULEMENTS PEUVENT AVOIR UNE INFLUENCE SUR LA CINETIQUE GLOBALE D'EPURATION
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Dans le cadre d'une thématique générale du Laboratoire Thermique Energétique et Procédés de Pau consacré à l'étude et à la valorisation des déchets tels que la pyrolyse, la combustion et la gazéification, la thèse se focalise sur la modélisation des phénomènes de transports de masse, de quantité de mouvement et d'énergie en milieu multiphasique multiconstituant réactif dans le cas d'un réacteur de gazéification à lit fixe. La première étape de la modélisation consiste à décrire classiquement le mouvement de chacune des phases continues par les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de la chaleur. Bien qu'à cette échelle les mécanismes soient parfaitement décrits, le passage à la simulation impose une étape d'homogénéisation par prise de moyenne. Ce changement d'échelle, décrit dans ce travail, conduit à un système d'équations homogène à l'échelle locale. Ce modèle est appliqué au cas du procédé de gazéification de déchets de la société Europlasma nommé CHO-Power. Les simulations bidimensionnelles instationnaires du problème ont permis de mettre en lumière les différents mécanismes en présence au cours du procédé ainsi qu'un certain nombre de verrous dans l'obtention du chemin de convergence conduisant au régime permanent.
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En raison de l'impact des phosphates sur la pollution des eaux, un procédé de récupération par précipitation d'un phosphate de calcium a été développé pour valider la démarche avec un objectif de mise en place d'une méthodologie permettant de construire un pilote optimal. Le procédé est un lit fluidié, dans lequel le phosphate précipite en continu et s'enrobe sur des grains de sable. Le pilote réalisé permet de traiter des débits de rejet aqueux synthétique de l'ordre de 0.1 m3/h. La méthodologie découple les phénomènes physico-chimiques présents. La précipitation dans le lit fluidisé est modélisée à l'aide de concepts thermodynamiques tenant compte des différents phosphates de calcium susceptibles de précipiter en fonction des conditions opératoires. L'enrobage est traduit par une réaction cinétique du premier ordre entre les fines et les grains de sable, couplée avec un réseau de réacteurs idéaux traduisant l'hydrodynamique du système.
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Le Power-to-SNG est un procédé permettant de stocker le surplus d'énergie électrique renouvelable sous forme de SNG (Substitute Natural Gas) via la réaction de méthanation de CO2, catalysée par un catalyseur solide. Dans le but d'une injection directe du SNG dans le réseau de gaz, il est nécessaire d'obtenir des taux de conversion élevés. Néanmoins, au cours du temps, le catalyseur se désactive et il est alors possible que le gaz produit ne respecte plus les spécifications d'injection dans le réseau de gaz. Dans ces travaux, une méthodologie est mise en place pour comprendre les principaux mécanismes de désactivation d'un catalyseur commercial (Ni/Al2O3) intervenant au sein d'un réacteur-échangeur milli-structuré à lit fixe afin de les modéliser. Elle consiste à aborder la désactivation du catalyseur sous un angle expérimental à différentes échelles. Un modèle cinétique ainsi que des lois de désactivation sont identifiés et sont par la suite implémentés dans un modèle de représentation du réacteur déjà existant. Finalement, les résultats de simulation sont confrontés aux résultats de désactivation expérimentaux obtenus à l'échelle du réacteur milli-structuré.
Author: Nikolas Zografakis
Author: Nikolas Zografakis
Author: Pierre Buffiere
Author: Najib Squalli Houssaini
Author: Alexandre Deydier
Author: 
Author: Ludovic Montastruc
Author: Isabelle Champon