Étude expérimentale de la filtration et du drainage centrifuge dans une essoreuse pilote

Abstract

La filtration centrifuge est un procédé très répandu dans l’industrie. La description physique des phénomènes mis en œuvre au cours de la séparation a été abordée par de nombreux auteurs. L’étape d’essorage est particulièrement complexe puisqu’elle fait intervenir un écoulement diphasique dans un milieu poreux sous l’action de la force centrifuge. Le modèle de Wakeman et Vince (Wakeman and Vince, 1986) a été largement utilisé pour décrire le drainage centrifuge du liquide. L’équation de Darcy généralisée combinée à l’équation de conservation de la masse conduit à l’équation de Richards qu’il est possible de résoudre en saturation ou en pression liquide. Dans ce travail, nous montrons que la formulation en saturation (utilisée par Wakeman et Vince) ne permet pas de décrire correctement l’écoulement dans la zone saturée du gâteau et conduit à une surestimation de la cinétique d’essorage. La formulation en pression liquide conduit à des résultats physiquement corrects en amont et en aval du front de saturation et qui évoluent vers la solution d’équilibre imposées par les effets capillaires et centrifuge. Par ailleurs, l’utilisation du modèle de Darcy généralisé nécessite d’introduire les relations entre pression capillaire et perméabilité relative d’une part et saturation liquide d’autre part. Le modèle original de Wakeman et Vince utilise le modèle de Brooks et Corey (Brooks and Corey, 1964). On des écueil à l’utilisation du modèle de Wakeman et Vince est que la détermination des paramètres associés aux phénomènes capillaires est expérimentalement ardue. Ici, nous proposons leur estimation à partir du résultat d’expérience dans une essoreuse. L’instrumentation d’un pilote a permis l’acquisition des paramètres clés de la séparation. Ceux-ci donnent accès, en particulier, à l’estimation de la saturation moyenne du gâteau en cours d’essorage. Les cinétiques d’essorage ainsi obtenues peuvent être utilisées pour ajuster les paramètres capillaires du modèle.