Granulométrie de particules fines en suspension chargée par mesures de rétrodiffusion de la lumière‎. Application à l'étude de l'agglomération d'une suspension de dioxyde de titane en cuve agitée - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Particle size analysis of concentrated fine particle suspensions by light backscattering measurements. Application to the study of aggregation of a titanium dioxide suspension in a stirred vessel

Granulométrie de particules fines en suspension chargée par mesures de rétrodiffusion de la lumière‎. Application à l'étude de l'agglomération d'une suspension de dioxyde de titane en cuve agitée

Résumé

In the first part of this work, the development of a particle sizing probe exploiting light backscattering is shown. Measurements of the backscattered light intensity covering a large range of particle diameters (0,2 µm to 56 µm), relative refraction indices m (1,09 to 1,94) and solids volume fraction Φ (10-6 to 0,5) have been carried out. Experimental results are compared to three different theories: the single backscattering theory describes backscattering in dilute suspensions, the diffusion approximation of the radiative transfer theory can be applied to concentrated suspensions and the statistical Monte Carlo method to all suspensions. It is demonstrated that the backscatter probe allows to determine a mean particle diameter in concentrated suspensions if Φ and m are known. The measuring range is about 0,03 µm to 10 µm for the partic1e diameter and depends on Φ and m. The second part of this work is devoted to the improvement of knowledge about fine particles agglomeration in turbulent flow. To this aim, aggregation kinetics are investigated over a large range of volume fractions (2°10-6 to 5°10-3) in a stirred vessel. Two different in situ particle sizing methods are used: Turbidimetry and light backscattering. Analysis of experimental data showed that growth of aggregates in the stirred vessel is limited by shear: Aggregation proceeds until a stationary state is reached that corresponds to an aggregate size limit. The proposed model for the aggregation - fragmentation process permits to quantify the influence of the volume fraction and the shear rate on aggregation kinetics and aggregate structure.
La première partie de ce travail est consacrée au développement d'un capteur granulométrique exploitant la rétrodiffusion de la lumière. L'intensité de la lumière rétrodiffusée est mesurée sur une large gamme de diamètre de particules (0,2 à 56 µm), indice de réfraction relatif m (1,09 à 1,94) et fraction volumique de solide Φ (10-6 à 0,5). Les résultats expérimentaux sont comparés à trois approches théoriques : la méthode de rétrodiffusion simple qui décrit la rétrodiffusion dans des suspensions peu chargées, l'approximation de diffusion de la théorie du transfert radiatif qui est applicable pour des suspensions chargées et la méthode statistique de Monte Carlo qui peut être utilisée sur toute la gamme de fraction volumique. Il est démontré que le capteur de rétrodiffusion permet de déterminer - quand Φ et m. sont connus - le diamètre moyen des particules en suspension chargée. L'étendue de la gamme de mesure est d'environ 0,03 à 10 µm pour les diamètres et dépend de Φ et m. L'objectif de la deuxième partie est l'obtention d'une meilleure connaissance de l'agglomération de particules fines dans un écoulement turbulent. Dans ce but, la cinétique de l'agglomération est examinée sur une large gamme de Φ (2°10-6 to 5°10-3) dans une cuve agitée. Deux méthodes granulométriques in situ sont utilisées : la turbidimétrie et la rétrodiffusion. L'étude expérimentale montre que la croissance des agglomérats en cuve agitée est limitée par l'effet du cisaillement hydrodynamique : l'agglomération se poursuit au cours du temps jusqu'à atteindre un état stationnaire auquel correspond une taille limite d'agglomérat. Un modèle d'agglomération - fragmentation est présenté. Il permet de quantifier l'influence de la vitesse de cisaillement et de phi sur la cinétique de l'agglomération et la morphologie des agglomérats.
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Dates et versions

tel-00836784 , version 1 (21-06-2013)

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  • HAL Id : tel-00836784 , version 1

Citer

Christoph Tontrup. Granulométrie de particules fines en suspension chargée par mesures de rétrodiffusion de la lumière‎. Application à l'étude de l'agglomération d'une suspension de dioxyde de titane en cuve agitée. Génie des procédés. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00836784⟩
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