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En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Ins

En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par : Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse) Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et de l'Environnement Présentée et soutenue par : M. ANTOINE AUBIN le vendredi 27 juin 2014 Titre : Unité de recherche : Ecole doctorale : OPTIMISATION DES OPERATIONS DE SECHAGE DANS LA CHAINE DE FABRICATION DU PVC EN POUDRE. EXPERIMENTATION, SIMULATION, MODELISATION. Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés (MEGeP) Laboratoire de Génie Chimique (L.G.C.) Directeur(s) de Thèse : M. MEHRDJI HEMATI M. RENAUD ANSART Rapporteurs : M. KHASHAYAR SALEH, UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE COMPIEGNE M. YANN ROGAUME, UNIVERSITE NANCY 1 Membre(s) du jury : M. OLIVIER SIMONIN, INP TOULOUSE, Président 2 M. MEHRDJI HEMATI, INP TOULOUSE, Membre "L’homme n’est pas fait pour construire des murs mais pour construire des ponts." Lao Tseu 3 4 Remerciements 5 En premier lieu je tiens à remercier Mehrdji Hemati, mon directeur de thèse, pour son investissement constant au cours de ces quatre années. Outre les connaissances qu’il m’a transmises, travailler à ses côtés m’a permis d’évoluer tant sur le plan personnel que sur le plan professionnel. La qualité de ses conseils, de ses encouragement, et, quand il le fallait, de ses reproches, m’ont permis d’aller au bout de cette aventure. Un énorme merci aussi à Renaud Ansart, qui est arrivé dans ce projet un peu en retard, mais qui m’a apporté une autre vision des choses, tout en me formant pour combler mes lacunes sur le plan hydrodynamique. Ses encouragements m’ont permis de garder la tête hors de l’eau pendant les moments les plus compliqués. Je tiens aussi à remercier Thierry Lasuye et Marc Branly pour m’avoir fait conﬁance en me conﬁant ce projet, ainsi que pour leur patience et leur expertise. J’en proﬁte pour remer- cier aussi tout le personnel d’INEOS ChlorVinyls, notamment Annie Culo et Christophe Dievart ainsi que tout le personnel du service Recherche et Analyse. Un grand merci aux membres du Jury, mes rapporteurs Kashayar Saleh et Yann Rogaume, et le président du jury Olivier Simonin, pour le temps passer à décortiquer mon manuscrit, ainsi que pour la discussion pendant la soutenance. J’ai grandement apprécié leurs analyses ainsi que leurs encouragements pour la suite de ma carrière. Comment ne pas remercier l’ensemble du personnel du LGC ? Que ce soit les techniciens, en particulier Patrick Tyack, Michel Molinier, Etienne Prévot, et Ignace Coghe, pour le temps passé pour faire fonctionner mes manips ou pour concevoir les diﬀérents éléments, ou encore le personnel administratif : Danièle Bouscary, Claudine Lorenzo, Maria Escobar, et Christine Taurines, qui m’ont grandement facilité la tache en me permettant de me concentrer exclusivement sur mon travail de recherche. Et un grand merci à Alain Philippe qui s’eﬀorce de maintenir une très bonne ambiance au sein du laboratoire, et qui prend soin de tous les doctorant(e)s (même si j’attends toujours l’invitation à manger !). Je remercie également l’ensemble des enseignants - chercheurs du LGC Rangueil et de l’Université Paul Sabatier, en particulier Yannick Hallez, Clémence Coestier, Mathieu Gi- bilaro, et Isabelle Hallery qui m’ont chaleureusement accueilli au sein de leurs équipes, et qui m’ont permis de faire mes premiers pas dans l’enseignement avec sérénité. Bien entendu je tiens à remercier l’ensemble des doctorants, post doctorants, stagiaires, ... que j’ai croisé au cours de ces années, ils m’ont toujours soutenus et supportés dans les moments diﬃciles, mais ils m’ont aussi permis de venir travailler avec le sourire chaque matin. Donc, dans le désordre : Fa Boulﬁe, Gaby, Rold, Benjamin le stagiaire, S’bastien, Imane, Pauline BarbieTM, Rihab, Nico, Marc, Xavier, Binbin, Andres, Sylvia, Sarah, Séda, Nick, Marianne, Nini, Jéro, Alexis, Benoit, et tous les autres ! Il serait aussi impossible d’écrire ces remerciements sans citer tous mes amis, qui m’ont permis de décompresser au cours de ces années, et qui m’ont régulièrement remotivé quand ça n’allait pas ! Je commence par ma tripoté de collocs : Tomtom l’éternel, Mathieu, Aline, Lolo le caribou, Isma, et Cyril le voisin, l’ensemble du TCMS : Servat, Tondeuse, Sagne, Sonic, Roro, Titou, Cube, Lolo, Rémi, Jérôme, Victor, Roro, Bernard, Papy, JM, Boubou, Sacca, Cap’tain Yo, et tous les autres joueurs. Je pense aussi à la team Bikini : Van, Chris, Cyril, Kuby, Yaya, Pat, Jérôme, ..., et aux amis de toujours : S’bastien 1er du nom, Le Roux, Flo, Steph, Fred, Poutpout, Casa, Krijou, Arnaud, Cécile, Fred de Vred, Rémi Féder, Fix, Gino, Mag, Polo, Charlotte, Alicia, Flon, Pyv, Luma, Tibo, Aurélie, Caro Loulou et son pied, Hugo, Dodo, Toitoine, Pépite et Got’. J’ai sûrement oublié beaucoup de monde, mais je saurais me faire pardonner. 7 Et enﬁn, je tiens à remercier mes parents et mes frères, pour leur soutien sans faille et ce depuis bien longtemps ! Il y aurait beaucoup de choses à rajouter, mais ce n’est pas forcément utile de le préciser ici. 8 Table des matières Remerciements 7 Table des matières 9 Introduction 17 Nomenclature 23 I Introduction Générale. 29 1 Problématiques et description du procédé industriel. 33 1.1 Présentation générale du PolyChlorure de Vinyle (PVC). . . . . . . . . . . . 34 1.2 Mécanismes de formation et morphologie des particules de PVC. . . . . . . 37 1.3 Description du procédé industriel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.3.1 Section réactionnelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.3.2 Section de séparation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 1.4 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2 Caractérisation des particules de PVC. Propriétés physiques, physico- chimiques, et écoulement du PVC en poudre. 49 2.1 Propriétés morphologiques et texturales des particules de PVC. . . . . . . . 50 2.1.1 Propriétés granulométriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.1.2 Propriétés texturales des grains de PVC : porosité et distribution de tailles de pores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 9 TABLE DES MATIÈRES 2.2 Propriété physico-chimiques et thermodynamiques du PVC. . . . . . . . . . 56 2.2.1 Déﬁnition : Nature de l’eau dans un corps humide. . . . . . . . . . . 56 2.2.2 Equilibres thermodynamiques (adsorption) des diﬀérents grades de PVC en poudre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.2.3 L’eau capillaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.3 Propriétés d’écoulement du PVC en poudre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.3.1 Paramètres d’écoulement du PVC en poudre : cohésivité et coulabilité. 61 2.4 Vitesses caractéristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.4.1 Transport pneumatique du PVC en poudre : écoulement en phase diluée et vitesses caractéristiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.5 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 3 Le procédé de séchage thermique. 71 3.1 Opérations de séparation dans la chaine de fabrication du PVC en grain. . . 73 3.1.1 Humidité résiduelle d’un gâteau de ﬁltration. . . . . . . . . . . . . . 74 3.1.2 Séchage convectif du PVC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.2 La cinétique de séchage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.3 Le séchage de particules poreuses. . . . . . . . . . . . . . . . . uploads/Litterature/ memoir-procede-de-sechage.pdf