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Effets d'additifs polymériques sur les cinétiques de précipitation de carbonate de calcium en présence de matières en suspension et de matériaux de corps d'échange thermique : applications aux circuits de refroidissement industriels

Chhim, Norinda. Effets d'additifs polymériques sur les cinétiques de précipitation de carbonate de calcium en présence de matières en suspension et de matériaux de corps d'échange thermique : applications aux circuits de refroidissement industriels. PhD, Génie des Procédés et de l'Environnement, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2019, 270 p.

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Abstract

Ces travaux de thèse portent sur l’effet d’additifs polymériques sur les cinétiques de précipitation de carbonate de calcium en présence de matières en suspension (MES) et de surfaces de matériaux représentatifs des corps d’échange thermique mis en oeuvre dans les circuits de refroidissement industriels (CRF). Pour mener cette étude à l’échelle du laboratoire un dispositif à composition constante est mis au point pour reproduire les conditions d’exploitation d’un CRF. En absence d’inhibiteur, la vitesse de croissance des cristaux de CaCO3 augmente avec l’augmentation de la concentration en MES dans l’eau circulant dans le CRF. Dans la gamme de températures opérationnelles du CRF, la vitesse de croissance cristalline augmente avec l’augmentation de la température. La performance d’inhibition de la croissance des cristaux deCaCO3 de cinq additifs, en présence de semences de calcite est évaluée. L’homopolymère acrylique (HA) appartenant à la famille des additifs « conventionnels » et l’acide polyaspartique (PASP) de la famille des additifs « verts » présentent les meilleures performances. Le taux d’inhibition décroît avec l’augmentation de la température. Sur les cinq additifs, quatre sont des inhibiteurs de la croissance (acide citrique, HA, copolymère carboxylique, PASP) et un est un inhibiteur de la nucléation (acide polyépoxysuccinique PESA). L’utilisation d’un mélange d’inhibiteur de nucléation (PESA) et d’un inhibiteur de croissance, en particulier le PASP, a permis de rallonger le temps de latence apparent de la croissance de CaCO3 (supérieur à 18 heures) temps que l’on peut comparer au temps de séjour de l’eau dans un CRF, tout en assurant un taux d’inhibition de la croissance de 85 à 89 %. Le temps de latence apparent augmente avec l’augmentation de la concentration en PESA dans le mélange. L’inhibition de la croissance résulte de l’adsorption des molécules d’additif polymérique sur les sites de de croissance des cristaux suivant le modèle d’adsorption de Langmuir. Les matériaux PVC constitutifs de corps d’échange thermique mis en contact avec la solution sursaturée en présence de semences de calcite conduisent également à des vitesses de croissance cristalline supérieures à celle observée sur les semences de calcite. La présence d’additif polymérique HA a permis d’inhiber la croissance cristalline sur la surface du PVC d’environ 90 %. L’inhibition de la croissance cristalline sur la surface du PVC résulte également de l’adsorption des molécules d’additif sur les sites actifs. A l’échelle industrielle, des essais ont été menés sur des installations pilotes dans des conditions similaires à celles utilisées en laboratoire. Les résultats ont été simulés à l’aide du logiciel CooliSS (Cooling circuit Simulation Software) développé par EDF R&D en utilisant une loi locale d’inhibition, proposée à partir des données locales acquises en laboratoire et des mesures de dépôt sur des coupons de matériaux introduits dans les pilotes à différents endroits du circuit. Les facteurs d’efficacité de l’additif polymérique dépendent de la nature de matériau (Inox et PVC) et de la présence de MES dans le CRF. Une meilleure corrélation entre les résultats expérimentaux obtenus sur les installations pilotes et ceux simulés par le logiciel CooliSS est obtenue pour des facteurs d’efficacité respectifs de 0,753 pour le matériau d’inox (condenseur) et 0,785 pour le matériau PVC (garnissage dans le réfrigérant atmosphérique). Cependant, les améliorations de la sensibilité de la simulation restent à apporter en agissant sur la relation entre ces facteurs d’efficacité et la concentration en MES

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Biscans, Béatrice and Teychené, Sébastien
Statistics:download
Deposited On:23 Mar 2020 07:18

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