Rapport IV.10. Traitement des produits pétroliers : régimes d’écoulement, chute de pression du gaz, taux de rétention et dispersion axiale du liquide pour des écoulements gaz-liquide à co-courant dans une colonne à garnissage

Résumé En Fr

A certain number of industrial gas-liquid contact processes require cocurrent flow in a column containing a packing material which increases the interfacial area, reduces major convection adversely affecting the efficiency of the process, and in some applications, acts as a catalyst for a reaction between the gas and the liquid. The desulphurization of liquid petroleum products by a hydrogen gas flow in contact with a porous catalyst is an important application of this. The flow conditions depend on the rate of flow of each phase into the column. The four most important flow conditions are the following : 1) A trickling flow of liquid consisting of a series of discontinuous films, trickles and drops with a continuous gas phase. 2) A flow of gas bubbles with a continuous liquid phase. 3) Pulsing flow with alternating gas and liquid « plugs ». 4) Spray flow, the liquid droplets being entrained by the gas. The overall design of a model of the reactor operating with air and water mixtures, featuring a 10 cm diameter column packed with 3 mm porous and non-porous spheres forming a layer 1,58 m in depth is described. Two diagrams are suggested, from which the flow conditions can be predicted for known gas and liquid mass flows. In addition, simple relationships for gas pressure drop and liquid volume are established from the energy balance in each phase expressed with allowance for the other. Finally, an experimental procedure is described for measuring residence time distribution of the elements of each phase characterizing the axial dispersion effects in the reactor.

Un certain nombre de procédés industriels de contact gaz-liquide nécessitent des écoulements à co-courant dans une colonne contenant un garnissage dont le rôle est d’augmenter l’aire interfaciale, de diminuer les grands mouvements de convection néfastes au rendement de l’opération et parfois de catalyser une réaction entre gaz et liquide. C’est le cas par exemple très important de la désulfuration des produits pétroliers liquides par un courant gazeux d’hydrogène au contact d’un catalyseur poreux. Suivant la valeur des débits de chaque phase à l’entrée de ces appareils, il existe quatre principaux régimes d’écoulement : — un écoulement ruisselant de liquide sous forme discontinue de films, filets et gouttes en présence d’une phase gazeuse continue ; — un écoulement en bulles de gaz en présence d’une phase liquide continue ; — un écoulement pulsé de bouchons alternes de gaz et de liquide ; — un écoulement en brouillard où les gouttes de liquide sont emportées par le gaz. On présente une étude globale d’une maquette de ce réacteur portant sur des mélanges eau-air dans une colonne de 10 cm de diamètre garnie de billes poreuses et non poreuses de 3 mm sur une hauteur de 1,58 m. On propose deux diagrammes qui permettent de prévoir le régime d’écoulement quand on connaît les débits massiques du gaz et du liquide. De plus, à partir de l’expression d’un bilan d’énergie dans chaque phase en tenant compte de la présence de l’autre, on établit des relations simples qui déterminent la perte de charge du gaz et le volume occupé par le liquide. Enfin, on présente une technique expérimentale de mesure de la distribution des temps de séjour des éléments de chaque phase qui caractérise les phénomènes de dispersion axiale dans l’appareil.