Letteratura scientifica selezionata sul tema "Chauffage par microondes – Séparation"

L’emploi de broyat de bois pour le traitement des eaux ménagères tend à s’amplifier en France depuis une décennie dans un contexte favorable à la séparation à la source des effluents liquides et au développement de filières issues de l’économie circulaire. Le broyat de bois est un terme générique qui englobe différents types de fragments de bois d’origine industrielle ou produit par des artisans, des agriculteurs ou des particuliers. Il se décline en bois énergie, bois broyés ou particules du bois avec des usages aussi très variés comme le paillage ou le chauffage. Cet article se focalise sur l’efficacité potentielle du broyat de bois pour le traitement des eaux ménagères par filtration. Il est proposé d’apporter une analyse physique et chimique de ce matériau dont la nature est évolutive contrairement au sable habituellement employé qui est inerte. Dès lors, une analyse croisée (i) de mesures physiques (granu - lométrie, densité, porosité et capacité d’absorption), (ii) de mesures chimiques (carbone, azote, phosphore et teneurs en : cendres, extractibles, lignine, cellulose et hémicelluloses) et (iii) d’observations de filtres en fonctionnement est réalisée. Les mesures portent essentiellement sur quatre broyats de bois dont les évolutions, à la suite d’un apport d’eaux ménagères, sont comparables deux à deux en échantillons frais ou utilisés pendant plusieurs années. À partir de l’ensemble de ces éléments, l’étude montre l’absence de la nécessité de fixer des bornes aux courbes granulométriques du broyat de bois à utiliser. Selon leur granulométrie initiale, les quatre broyats de bois évoluent, soit vers un matériau plus fin, soit vers un matériau plus grossier, pour tendre vers une granulométrie unique. L’étude conclut également à la conservation dans le temps de conditions hydrauliques favorables aux écoulements par un maintien de la capacité d’absorption initiale du massif filtrant. De plus, même si la porosité initiale diminue, les proportions sont suffisamment faibles pour ne pas avoir d’impact sur les écoulements.

Cette thèse s’attache à étudier l’application d’une méthode d’intensification de la séparation des phases d’une émulsion par chauffage micro-ondes aux émulsions typiques rencontrées en extraction liquide-liquide pour la récupération de métaux critiques. Après une revue de la littérature concernant la séparation de telles émulsions, le traitement / chauffage par micro-ondes, puis le point spécifique de l’intensification de la séparation d’émulsions (typiquement pétrolières) par chauffage micro-ondes, le travail de thèse se centre sur quatre parties : Dans un premier temps, les propriétés physico-chimiques pertinentes pour la séparation de phase et identifiées dans l’étude bibliographique sont mesurées, ainsi que leur évolution avec la température. Les mesures de tension interfaciale, ainsi que les essais préliminaires de séparation, font ressortir le rôle déterminant mais mal compris de la tension interfaciale et de son évolution temporelle. Ensuite, on mesure et modélise, à partir de modèles issus de la littérature, les permittivités des phases liquides et des émulsions, grandeur d’intérêt pour décrire la propagation des ondes électromagnétiques dans ces matières, et permettant notamment de prévoir les longueurs de pénétration des micro-ondes dans les différentes matières. Les permittivités mesurées justifient le développement et l’emploi d’un séparateur continu intensifié par micro-ondes, à échelle laboratoire, afin d’observer à de faibles échelles de tailles et de débits l’influence des micro-ondes sur la séparation des émulsions. En dernier point, on entreprend une étude, par des simulations grâce au logiciel COMSOL Multiphysics, de la répartition de la puissance micro-ondes dans les matières à traiter, dans la géométrie expérimentale précédemment évoquée, ainsi que dans des géométries simplifiées afin de mettre en évidence les possibles problèmes à venir si une industrialisation est envisagée. Les résultats obtenus avec le séparateur mis en œuvre lors du travail de thèse, ainsi que les simulations effectuées, permettent effectivement de valider l’intérêt de la méthode, ainsi que d’envisager la mise à échelle industrielle. Les annexes présentent des axes de recherche identifiés au cours de la thèse
This thesis focuses on the application of a microwave heating emulsion separation method to the phase separation of emulsion typical to the critical metal recovery processes. Following a literature review centered around emulsion separation, microwave heating in general, and the intensification of the separation of petroleum-based emulsions by microwave heating, the research work focuses firstly on physico-chemical properties relevant to the phase separation of the studied emulsions, and their evolution with temperature. Surface tension measurements, along with preliminary separation tests, show the important but hardly understood role of surface tension and its time evolution. Emulsion and single phase permittivities are then measured and modeled with equations available in the literature, allowing us to prefigure the penetration depth achievable in such materials with microwaves. The measured permittivities justify employing a laboratory scale, microwave intensified phase separator to observe, with small treatment volume and fluids throughput, the effect of microwaves on emulsion separation. Lastly, we study microwave heating numerically, with COMSOL Multiphysics, first with the aforementioned experimental geometry, then with simpler geometries, presenting problems that could arise, should an industrialization occur. Results obtained with the experimental set-up, as well as the simulations performed allow us to confirm the described method’s interest in the metal recovery context, and to prefigure scale-up. The annexes present further research axis identified during the thesis

La technologie DIC est un traitement qui consiste à réaliser le chauffage du produit à température élevée, sous une haute pression et pendant un temps court, puis une détente rapide au vide. La brusque vaporisation de l’eau provoque une modification de la structure ainsi qu’un refroidissement important du produit. La vapeur, qui a été employée jusqu'ici, ne pénètre pas facilement au sein du matériau. Le chauffage par des micro-ondes s'avère être une bonne alternative assurant des températures plus homogènes. Un réacteur DIC avec une chambre de traitement de 0,5 l et une puissance de magnétron de 6 kW a été développé. La distribution d'énergie a été mesurée dans le gel d'Agar en employant des sondes fibres optiques de température. Des propriétés diélectriques de plusieurs fruits et de légume ont été mesurées par une sonde à extrémité ouverte. La cavité multi-mode résonnante, qui était enfin réalisé, a été simulée au moyen 3D logiciel Semcad pour une fréquence de 2450 MHz
The DIC process consists in a high temperature, high pressure and short time treatment followed by an abrupt pressure-drop toward vacuum. This operation implies an auto-vaporization of water, inducing cooling effect and modifying structures. The steam, which has been used until now, does not penetrate easily into the material bulk. The heating by microwaves proves to be a good alternative, which results in a more homogenous temperature field. A DIC reactor with a treatment chamber of 0. 5 l and a magnetron power of 6 kW was developed. Power distribution was measured in Agar gel by using fibre optic temperature probes. Dielectric properties of several fruits and vegetable were measured by an open-ended probe. The resonant multi-mode cavity, which was at last realised, was simulated by means of 3D software Semcad for a frequency of 2450 MHz

Un nouveau procédé d'extraction des huiles essentielles a été développé, mis au point et optimisé nommé "Vapo-diffusion Assistée par Micro-ondes (MSDf)". Le procédé MSDf à été appliqué à l'extraction des huiles essentielles des peaux d'oranges et de fleurs de lavande. Ce procédé est basé sur la combinaison d'une technique d'extraction classique : l'hydro-diffusion et le chauffage micro-ondes comme technologie d'intensification. Une deuxième nouvelle approche pour l'extraction des huiles essentielles à partir de matrices aromatiques sèches et sans ajout de vapeur ni d'eau nommé "Diffusion à sec générée par micro-ondes (MDG)". Le procédé MDG à été appliqué à l'extraction des huiles essentielles des graines de carvi. Le MSDf et le MDG apparaissent comme des procédures "douces" permettant un gain de temps et d'énergie considérable et la diminution des rejets de CO2 dans l'atmosphère

L'application des techniques micro-ondes au chauffage industriel, par exemple le decongelation des produits alimentaires, conduit a etudier l'optimisation des performances des procedes. Lorsque le materiau a traiter se deroule en continu, les fuites de rayonnement ne doivent pas depasser certaines limites en raison d'une part des risques de brouillage electromagnetique et d'autre part des risques biologiques. Dans ces applicateurs, nous utilisons pour limiter les fuites des tunnels-pieges, en serie : le premier tunnel attenue la frequence centrale, et le second contient un materiau ferromagnetique attenuant le rayonnement hors bande. Nos travaux sont bases sur la realisation de filtres dissipatifs (pieges a ondes), contenant un materiau attenuant fabrique dans notre laboratoire. Nous avons recherche plusieures pour obtenir la meilleure attenuation entre l'entree et la sortie du piege. Les resultats obtenus montrent qu'il est possible de modeliser les caracteristiques du filtre dissipatif sur un cas donne et d'en prevoir les performances.

Les dynamiques d'échauffement en chauffage microondes sont conditionnées par l'évolution thermique des pertes dielectriques. L'objectif de ce travail est de prouver également le rôle crucial de la géométrie. Nous avons défini le concept de résonance dimensionnelle: conditions électromagnétiques de résonance imposées par la géométrie et les propriétés diélectriques de l'objet qui devient alors complètement autonome face aux sollicitations électromagnétiques extérieures. Il impose et contrôle sa propre distribution électromagnétique. Le modèle électrothermique, développe en géométrie cylindrique, permet de prévoir les réponses en fréquence (par l'intermédiaire des effets conjoints des parties réelles et imaginaires de la permittivité complexe) des différents modes de résonance transverse électrique, transverse magnétique et hybride. Le couplage de cette description électromagnétique avec un modèle thermique permet de simuler intégralement les courbes de chauffage d'un cylindre fortement dissipatifs (présence de pertes diélectriques). Nous avons défini une nouvelle condition d'instauration des modes de résonance (orientation et variation du champ électromagnétique excitateur) s'ajoutant à la condition classique de fréquence. Cette dernière apparait alors comme une condition nécessaire mais en aucun cas suffisante. Plusieurs protocoles opératoires ont été définis (chambre anéchoïde, guide d'ondes) afin de valider les prévisions de notre modèle. La thermographie infra-rouge a permis de visualiser les distributions spatiales de champs électriques dans des disques et des bâtonnets

Dans le traitement thermique micro-onde des feuilles planes, la conductivite thermique joue un role negligeable pour uniformiser les temperatures. Aussi dans le cas des traitements rapide, cette uniformisation ne peut etre assuree que par une distribution homogene de la puissance dissipee. L'objectif de ce travail est de determiner, dans l'applicateur, les caracteristiques des sources micro-ondes qui conduisent dans le materiau traite a un profil thermique uniforme. La premiere partie porte sur la simulation du chauffage de feuilles planes par un reseau de fentes modulables. Cette simulation necessite la resolution de l'equation des champs et de l'equation de la chaleur. L'optimisation, selon le critere thermique desire, permet de deduire les proprietes des sources micro-ondes (nombre, localisation, niveau de puissance). Dans la deuxieme partie, sont etudies les systemes de gestion de l'excitation des fentes. Un systeme a tubes a neon a ete teste, mais ce systeme ne donne des resultats prometteurs qu'aux faibles puissances (inferieure a 150 w environ). Il reste inexploitable aux fortes puissances, de l'ordre du 10 kw. La solution retenue consiste a alimenter chaque source d'emission par un magnetron independant, commandable par tout ou rien. Les resultats experimentaux obtenus montrent qu'il est possible d'evaluer les caracteristiques du systeme d'excitation a un instant donne et d'en prevoir l'evolution. Un applicateur destine au sechage de materiaux minces a ete realise et teste en milieu industriel

Le travail presente rapporte un apercu general de la technologie micro-onde et de ses applications en chimie. Nous avons voulu participer au developpement de cette nouvelle methode d'activation en reconsiderant la question de l'activation specifique par les micro-ondes. Une etude comparative a temperature controlee et en milieu homogene a montre une independance vis-a-vis du mode de chauffage considere (micro-onde ou classique) de la vitesse, de la regio- et stereochimie des reactions envisagees (ene reactions). Par la suite nous avons mis a profit le caractere volumique du chauffage micro-onde en catalyse heterogene, dans la reaction de redistribution entre composes du germanium. La preparation rapide, selective, sous la pression atmospherique, des alkyl (et aryl) halogenogermanes (composes a la base de la synthese des derives organiques du germanium) est realisee. Selon un nouveau procede de synthese en milieu sec impliquant le graphite comme support solide diverses reactions, acylations de composes aromatiques et quelques exemples de reactions thermiques pericycliques ont pu etre realisees rapidement sans catalyseur. La possibilite de travailler sous la pression atmospherique et a haute temperature tout en autorisant l'utilisation de reactants volatils nous a conduit a proposer un processus reactionnel par confinement. Utilisant initialement un chauffage micro-onde, ce procede a ete etendu au mode de chauffage classique, le chauffage micro-onde restant le plus interessant

La cycloaddition dipolaire-1,3 est devenue un outil synthétique puissant permettant la synthèse d'hétérocycles azotés à cinq chaînons. Dans ce travail nous avons mis au point une nouvelle synthèse de pyrroles par cycloaddition. Nous avons entrepris la synthèse de nombreux pyrroles originaux variés pouvant présenter des propriétés pharmacologiques. La réaction des 2-O- et 2-S-propargylbenzaldéhydes et des amines aliphatiques a-fonctionnelles forme un dipôle qui conduit, après aromatisation, à des benzopyrano- et benzothiopyranopyrroles, alors qu'avec les amines alicycliques nous avons obtenu des benzopyrano- et benzothiopyranopyrrolizines (ou indolizines). Dans le cas des 2-N-propargylbenzaldéhydes, l'étape d'aromatisation est plus complexe et conduit à des pyrroles différents par un mécanisme nouveau. Une extension à d'autres dipolarophiles acétyléniques de type pyrroles-aldéhydes et indoles-aldéhydes a conduit à de nouvelles pyrrolopyrrolizines et pyrrolobenzopyrrolizines ainsi qu'à des pyrrolizinopyrrolizines et pyrrolizinobenzopyrrolizines. Enfin, nous avons utilisé la méthodologie d'activation par micro-ondes pour effectuer ces réactions et nous avons observé une amélioration des rendements et un gain important des temps de réaction
The 1,3-dipolar cycloaddition reaction is a powerful synthetic tool permitting the synthesis of five membered nitrogen heterocycles. In this work, we have developed a novel synthesis of pyrroles by cycloaddition. We describe the synthesis of numerous new pyrroles with potential pharmacological properties. The reaction of 2-O- and 2-S-propargylbenzaldéhydes with different amines produces an intermediate azomethine ylide which undergoes cycloaddition, followed by aromatization, to provide benzopyrano- and benzothiopyranopyrroles. With alicyclic amines, benzopyrano- and benzothiopyranopyrrolizines (or indolizines) are obtained. In the case of the 2-N-propargylbenzaldehydes, the aromatisation step is more complex, giving rise to new pyrroles by a new mechanism. An extension to other acetylenic dipolarophiles derived from 2-carboxaldehyde-pyrroles and 2-carboxaldehyde-indoles gave new pyrrolopyrrolizines and pyrrolobenzopyrrolizines as well as pyrrolizinopyrrolizines and pyrrolizinobenzopyrrolizines. Finally, we adapted this methodology to be used under microwaves activation. As a result we observed improved yields and shorter reaction times

Dans de nombreux procédés industriels apparaît une étape de séparation liquide/solide qui est très souvent effectuée en combinant en série une séparation mécanique et une séparation thermique (séchage). L'intégration d'un apport thermique dans un équipement de séparation mécanique offre de nombreux avantages (investissement réduit, productivité améliorée, encombrement limité...). Par ailleurs, l'utilisation simultanée des effets mécaniques et thermiques peut conduire dans certains cas à des synergies permettant une utilisation optimisée de l'énergie. Un apport thermique par chauffage diélectrique peut être adapté à une essoreuse. L'objectif de la thèse est de concevoir et réaliser un prototype à l'échelle semi-industrielle dans le but de démontrer l'intérêt énergétique d'une telle technique. Les résultats obtenus sont : le développement et l'instrumentation complète d'un pilote d'essoreuse autorisant l'insertion des micro-ondes. La mise en évidence d'une synergie entre les phénomènes de séchage induits par un chauffage diélectrique et les effets centrifuges liés à la rotation du panier dans de cas des bobines textiles.La modélisation de différents phénomènes physiques liés à l'essorage de gâteaux de filtration, à l'évaluation de leur permittivité complexe, à la connaissance du champ électromagnétique, aux écoulements d'air utilisés pour l'extraction de la vapeur et à la détermination des transferts de masse et de chaleur
In a lot of industrial processes, liquid/solid separation is carried out by combination of mechanical and thermal separation (drying). Thermal drying in a mechanical separation device offers a lot of advantages (lower investment, higher productivity, limited footprint. . . ). Moreover, coupling mechanical and thermal effects may lead in some cases to synergic effects allowing an optimal use of energy.Thermal input by dielectric heating may be adapted to a centrifuge. The objective of the project is to design and produce a prototype at pilot scale in order to point out the energetic interest of such a process. So, mechanical separation (centrifuge filtration, drainage) and dielectric heating have to be used simultaneously. Pilot instrumentation will allow to control key parameters of the coupled operation and the global energy consumption. Main results are : the development and the full instrumentation of a centrifuge pilot allowing implement of microwaves. The demonstration of a synergy, in the case of textile spools, between drying effects generated by dielectric heating and centrifuge effects generated by centrifuge basket rotation. The simulation of different physical phenomena linked to filtration cake drainage, dielectric constants assessment, determination of electromagnetic field, air flow used for vapor extraction and determination of heat and mass transfers

L’objectif de ce travail était la simulation numérique de la propagation guidée en milieu dissipatif. Les problèmes et les limites de la discrétisation de l'équation de propagation en milieu dissipatif ont été analyses en termes d'erreurs de troncature de la discrétisation, et de mauvais conditionnement du système d'équations associé. Une nouvelle formulation des conditions aux limites absorbantes adaptée à notre configuration a été proposée. La formulation la plus aboutie du modèle est une discrétisation bidimensionnelle en différences finies à l'ordre 6 de l'équation de propagation avec résolution directe. Parallèlement à cette approche numérique, une approche analytique a également été engagée. Notre modèle permet de prévoir et d'étudier les profils transversaux et longitudinaux du champ électrique au sein d'un guide d'ondes charge par plusieurs matériaux diélectriques dissipatifs. Un mode de chargement assurant une quasi-uniformité du champ électrique sur toute la section transverse du guide d'ondes a été défini. Les répartitions transversales de champ électrique ont été interprétées en terme d'effet de la permittivité diélectrique mais également des pertes diélectriques. Par la suite, ce modèle a été couple avec l'équation de Fourier en tenant compte du terme source correspondant au chauffage microonde. Les premiers résultats ont permis de retrouver des caractéristiques d'évolutions de type bistables, et de mettre en évidence des comportements qui s'apparentent à une tristabilité.