Etude de la déshydratation mécanique assistée thermiquement

Abstract

Ce travail s'inscrit dans un contexte général qui concerne les procédés de Séparation Liquide Solide (SLS) et plus particulièrement une technique de déshydratation mécanique : la filtration/compression. L'objectif de ce travail est d'étudier l'effet d'un apport thermique localisé sur l'opération de filtration compression. Une synthèse bibliographique a permis de dégager les aspects importants des mécanismes de filtration et de compression en relation avec la structure des gâteaux. Une part importante du travail de thèse a consisté en la conception et la réalisation d'un outil expérimental instrumenté permettant d'effectuer une opération de filtration/compression avec apport thermique au niveau du piston et/ou au niveau du support du media filtrant. La démarche suivie a consisté à faire évoluer une cellule classique de filtration-compression, pour permettre l'insertion des éléments chauffants et des capteurs adaptés. Cette évolution a nécessité notamment l'adjonction en avant du piston d'une pièce circulaire (appelée pseudo piston) destinée à protéger le capteur de pression placé à la surface du piston et à accueillir une résistance chauffante. L'étude expérimentale a été réalisée avec des suspensions de Talc et de Kaolin. Les résultats obtenus ont montré une réelle efficacité d'un apport thermique localisé au niveau du media filtrant pour améliorer la cinétique de séparation. En effet, une diminution de la viscosité du filtrat dans la zone la plus résistive du procédé (partie basse du gâteau et media filtrant) permet d'accélérer de fa on significative la filtration relativement à une opération de filtration effectuée à température homogène. Pendant la compression, une modification de la structure du gâteau (effondrement) s'opère lorsque la température au niveau du media filtrant atteint la température d'ébullition du liquide. Cet effondrement est rapide à l'échelle de la compression mécanique et son amplitude dépend des conditions opératoires et de la compressibilité du gâteau. De plus, ce phénomène permet d'obtenir rapidement des niveaux de siccité élevés. Les mécanismes complexes mis en jeu résultent d'un couplage fort entre mécanique et thermique et n'ont pas encore été interprétés. Les résultats très encourageants obtenus à partir de suspensions modèles permettent d'envisager d'étendre l'étude à des suspensions formant des gâteaux extrêmement compressibles comme les boues biologiques floculées.