Lits fluidisés pour l'industrie chimique. Extrapolation et amélioration des catalyseurs. Deuxième partie : Stratégie n'utilisant que des expériences de laboratoire.s

Fluidized Beds in Chemical Industry. Scale-Up and Catalysts Improvement. Second Part: Scale-Up with Only Laboratory Data.

Résumé

Les unités de production en lits fluidisés catalytiques sont apparues vers 1942 dans l'industrie pétrolière et vers 1960 dans l'industrie chimique. On se limitera ici au problème de l'extrapolation des lits fluidisés catalytiques pour l'industrie chimique, qui exigent de très hautes performances (> 99% de conversion). Leur mise au point a, dans le passé, nécessité l'exploitation sur des sites industriels de coûteux pilotes de 0,5 m de diamètre et de plus de 10 m de hauteur. Nous montrerons que ces pilotes peuvent être évités et que le passage direct du laboratoire à l'échelle industrielle est réalisable. Cette possibilité offre en plus une méthode simple pour améliorer les catalyseurs des unités industrielles. Elle ouvre aussi cette technique, très appréciée en production, aux produits de petit tonnage. Cet article comporte trois parties : - La première* exposait les problèmes majeurs posés par l'extrapolation, puis résumait les études effectuées. Les travaux d'extrapolation relatifs à deux procédés effectués avec des pilotes étaient ensuite présentés, à titre d'exemples. De ces travaux étaient déduites les performances que l'on peut espérer obtenir avec un réacteur catalytique à lit fluidisé, ainsi que les règles de tendances à suivre pour y parvenir. - La deuxième partie, présentée ci-après et intitulée Stratégie n'utilisant que des expériences de laboratoire, propose une stratégie expérimentale permettant d'obtenir en laboratoire les informations nécessaires pour passer directement à l'échelle industrielle avec des expériences suggérées en partie par les résultats exposés dans le premier article. Les relations expérimentales établies lors de ces études montrent que les propriétés d'un lit fluidisé ne dépendent (mis à part quelquefois le diamètre du réacteur) que d'un paramètre appelé vitesse minimum de fluidisation de comportement . - La troisième partie, présentée ci-après, est intitulée Études théoriques, réalités expérimentales, suggestions. Les bulles des lits fluidisés ont fait l'objet de très nombreux travaux, dont les résultats sont très souvent explicités sous la forme de modèles mécanistiques à un paramètre (diamètre des bulles). Pour confronter ces modèles à l'expérience, une relation est établie entre le diamètre des bulles et la vitesse minimum de fluidisation de comportement. Des suggestions sont alors faites pour améliorer les modèles, et l'on propose des conclusions générales sur les lits fluidisés.

Abstract

The first catalytic fluidized beds appear near 1942 in petroleum industry and near 1960 in chemical industry. We only consider here very high-performance chemical fluidized bed reactors (> 99%). In the past, they were developed through the use of very expensive pilot plants of about 0. 5-m-diameter and 10-m-high. We will demonstrate that direct scale-up from laboratory data is possible. This possibility gives also a simple method to improve catalysts used in operating units and opens fluidized bed technique to products that need only low-range production. Presentation is made within three parts:- In the first, Studies, Models, Learning from Pilot Plants* : after a description of the major scale-up problems, studies to solve them were summarized. Then scale-up works of two processes with the use of about 0. 5-m-diameter pilot plant were given. From the results, it was deduced the possible performances of a catalytic fluidized bed and how to operate to obtain them. - In the second, Scale-up with Only Laboratory Data,it is experimentally demonstrated that the information's scale-up can be obtained in a laboratory. A strategy to obtain them is suggested. Another result of these experimental studies is that all physical properties of catalytic fluidized bed depends on only one parameter called comportment incipient fluidization velocity.- In the third, Theoretical Studies, Experimental Reality, Suggestions,results of theoretical studies about bubbles of the fluidized beds are summarized. Results are often given through one-parameter mechanistic models. This parameter is the bubble diameter. To confront these mechanistic models to experiments, a relation is established between the bubble diameter and the comportment incipient velocity fluidization. Suggestions to improve bubble models are suggested and general conclusions about fluidized beds are given.