Modélisation mathématique de la décantation de boue rouge

• Main Author: Péloquin, Guy
• Format: Others
• Language: fr
• Published: 2003
• Subjects: Génie chimique
• Online Access: http://constellation.uqac.ca/514/1/24613936.pdf

Ce document décrit le travail de recherche menant à la conception d'un modèle mathématique décrivant la décantation de la boue rouge dans un épaississeur industriel. Tout d'abord, la décantation de la boue rouge est située dans le procédé Bayer de production d'alumine. On y indique que l'opération économique du procédé Bayer passe par la bonne performance de la décantation de la boue rouge. En effet, une décantation performante permet d'obtenir une bonne séparation entre la liqueur et la boue rouge diminuant ainsi les besoins en filtration. Une séparation efficace permet aussi de diminuer les volumes de boue à laver et à entreposer. Ceci diminue les coûts et diminue aussi l'impact sur l'environnement. Ensuite, les concepts physiques gouvernant la décantation tels la floculation, la sédimentation, et le compactage sont introduits. Ces concepts sont par la suite mis en équations et solutionnés numériquement. Les premiers résultats présentés décrivent la modélisation de la décantation à l'échelle du laboratoire, dans un cylindre gradué où la décantation se fait en fournée; et ensuite dans un décanteur miniature où la décantation se fait en continu comme dans les équipements industriels. Une comparaison entre les mesures et les simulations est présentée. Les observations expérimentales sont bien décrites par les simulations, validant ainsi l'approche utilisée et les sous-modèles choisis. Finalement, la modélisation mathématique d'un épaississeur industriel pleine grandeur est discutée. Une étude paramétrique portant sur l'effet de varier les douze variables de procédé et de conception suivantes est ensuite réalisée : diamètre des particules, débit de sousverse, concentration en solide à l'alimentation, débit d'alimentation, vitesse de l'alimentation, hauteur du tuyau d'alimentation, hauteur de l'anneau du puits d'alimentation, largeur de l'anneau du puits d'alimentation, rayon du puits d'alimentation, hauteur du puits d'alimentation, rayon de l'épaississeur et hauteur de l'épaississeur. Les impacts des changements dans les valeurs de ces variables sont établis à partir des paramètres suivants mettant en évidence la bonne performance des épaississeurs de boue rouge : position de l'interface de boue, vitesse verticale moyenne, distribution du solide dans le puits, rapport de recirculation liquide, rapport de dilution du solide, taux de cisaillement dans le puits et temps de résidence dans le puits. Cette étude permet d'identifier les quatre variables critiques suivantes ayant un impact important sur la performance d'un épaississeur de boue rouge : le diamètre des particules, le débit d'alimentation, le rayon du puits d'alimentation et le rayon de l'épaississeur. Le diamètre des particules et le débit d'alimentation sont des variables de procédé qui doivent être contrôlées en tout temps pour obtenir la performance attendue de l'épaississeur. Le rayon du puits d'alimentation et celui de l'épaississeur sont des variables de conception qui sont fixées en fonction des cibles d'opération prévues lors de la conception de l'équipement. Les autres variables décrites plus haut ont un impact moins grand sur la performance d'un épaississeur de boue rouge.