Mesure par analyse d'images de lois de déchargement de releveurs dans des fours tournants
Résumé
introduction
Au cours du cycle du combustible nucléaire, l'uranium sous forme d'hexafluorure est enrichi par diffusion gazeuse. A la sortie de l'usine d'enrichissement, l'UF6 appauvri doit être converti en U3O8 pour permettre un stockage garantissant la sécurité (conversion réalisée par COGEMA) ; tandis que l'UF6 enrichi est converti en UO2 pour la fabrication des pastilles destinées aux réacteurs des centrales nucléaires (fabrication réalisée par F.B.F.C.). Ces deux conversions sont en réalité identiques (U3O8 est un produit intermédiaire de la transformation UF6 -> UO2), et réalisées dans des réacteurs très similaires : l'UF6 est hydrolysé en phase gazeuse dans un réacteur vertical, puis la poudre d'UO2F2 formée est convertie en U3O8 solide (ou UO2 solide) dans un four tournant légèrement incliné par rapport à l'horizontale.
L'écoulement transversal des poudres dans ces fours tournants conditionne fortement les échanges de chaleur et de matière, en particulier au niveau de la qualité et de la durée du contact gaz / solide. En nous appuyant sur les techniques d'analyse d'image, nous avons mesuré expérimentalement la loi de déchargement des releveurs.
revue des travaux antérieurs
L'étude de l'écoulement transversal d'une charge solide dans un four tournant a fait l'objet de nombreuses publications. La plupart concernent le mouvement de cette charge dans des fours le plus souvent dépourvus d'équipements internes. On peut citer en particulier les travaux de Henein.
Kelly et Blumberg ont tout d'abord déterminé théoriquement puis vérifié expérimentalement une loi de déchargement (relation entre le chargement d'un releveur –la fraction de volume de poudre contenue dans un releveur– et sa position angulaire).
étude expérimentale
Dans la présente étude, le mouvement transversal des poudres d'UO2F2, d'U3O8 type COGEMA, d'U3O8 type FBFC et d'UO2 a été examiné en détail à température ambiante dans deux maquettes, représentant chacune une tranche du four industriel correspondant, avec le même diamètre et les mêmes équipements internes. Le taux de remplissage varie entre 4 et 24 % et la vitesse de rotation entre 2 et 7 tr/min. Le mouvement transversal des poudres est filmé à l'aide d'un caméscope numérique à travers la face en verre prévue à cet effet.
dépouillement
Les films obtenus sont analysés de manière semi-automatique : sur chaque image, on mesure la fraction de poudre contenue dans un releveur en fonction de sa position angulaire.
La position d'un releveur est repérée par rapport à l'horizontale, matérialisée sur l'image à l'aide d'un scotch. La quantité de poudre contenue dans un releveur est obtenue en mesurant l'aire délimitée par la poudre contre la face en verre. Pendant ces essais, la quantité de poudre contenue dans un releveur, à une position angulaire donnée, est en effet la même sur toute la profondeur de la maquette. De plus, aucun effet de la face en verre sur la quantité de poudre relevée n'est observé.
Les angles de début et de fin de déchargement sont mesurés séparément sur des images sélectionnées parce qu'elles correspondent à ces deux positions particulières.
résultats et discussion
La loi de déchargement ainsi obtenue est invariante avec le taux de remplissage, la vitesse de rotation, le type de poudre ou de four utilisé. Ainsi, dans les domaines de variation explorés -18°et +131° sont respectivement les angles de début et de fin de déchargement.
Si l'on fait l'hypothèse d'un angle d'avalanche constant, il est possible de calculer géométriquement la fraction de poudre contenue dans un releveur en fonction de sa position angulaire. Pour un angle d'avalanche de 55°, on a un bon accord entre l'approche théorique et les résultats expérimentaux.
Ces informations sont précieuses dans le cadre d'une modélisation globale du procédé, en particulier elles permettent d'accéder à la répartition moyenne de la poudre dans une section transversale de four, dont dépendent directement les surfaces d'échange thermique, et l'influence des aspects diffusionnels sur la cinétique des réactions chimiques mises en jeu.
Blumberg W., Schünder E.U., Transversale Schüttgutbewegung und konvektiver Stoffübergang in Drehrohren - Teil 1 / Ohne Hubschaufeln - Teil 2 :Mit Hubschaufeln, Chemical Engineering and Processing, vol. 35, pp. 395-404 ; 405-411 (1995)
Henein H., Brimacombe J.K., Watkinson A.P., Experimental Study of Transverse Bed Motion in Rotary Kilns, Metallurgical Transactions B, vol. 14B, pp. 191-205 (1983)
Kelly J.J., O'Donnell P., Flight design in rotary dryers, Drying technology, vol. 10, n° 4, pp. 979-993 (1992)
Fichier principal
résuméMisEnFormeVIM2001.pdf (148.55 Ko)
Télécharger le fichier
confVIM2001.pdf (409.22 Ko)
Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
