Experimental and numerical studies of pulse-jet filter bag regarding phosphate particle removal for baghouse dust collector and antimicrobial application of phosphate powder

Abstract

L'objectif de cette thèse de doctorat intitulée ″ Études expérimentales et numériques du décolmatage pneumatique d’une manche filtrante des particules de phosphate dans le dépoussiéreur et l'application antimicrobienne de poudre de phosphate″ est d'améliorer la compréhension des paramètres qui déterminent les performances des filtres à manches utilisés pour la collecte des particules de phosphate. Les études de recherche fournies dans cette thèse de doctorat se sont concentrées spécifiquement sur les similitudes et les différences entre les collecteurs de poudre de phosphate et d'autres filtres à manches courants. Les médias filtrants sont un élément essentiel des dépoussiéreurs à manches et sont l'un des facteurs les plus importants régissant les performances d'un système. Les milieux filtrants avec des traitements de surface élaborés doivent donc être extrêmement pris en compte lorsqu’ on essaye de réduire les chutes de pression causées par le nettoyage par jet d'impulsion. Les morphologies et les structures des filtres utilisés à l'intérieur du dépoussiéreur à manches de phosphate ont été analysés par différentes méthodes et outils de caractérisation. Cette étude a porté sur la caractérisation de certains médias filtrants fibreux pour les dépoussiéreurs de phosphate de filtre à manches par microscopie électronique à balayage (MEB), diffraction des rayons X (DRX), fluorescence X (FX) et spectroscopie Raman. Des observations ont été effectuées sur trois types de filtres : Polyacrylonitrile (PAN) média filtrant, recouvert d'une membrane en polytétrafluoroéthylène (PTFE), d'un filtre Jet intensif et d'un filtre en polyester traité. La filtration en utilisant les dépoussiéreurs à manche est un processus énergétique qui s'accompagne de la génération de bouffées de particules émises lors du nettoyage par décolmatage pneumatique. Malgré l'utilisation de média filtrant traité en surface, le problème de colmatage en profondeur du média persiste. La filtration en profondeur se réfère aux médias qui retiennent les particules plus fines à travers l'épaisseur. Le comportement des particules de phosphates de poussière pendant la filtration est déterminé par des propriétés telles que les propriétés de taille et de structure chimique. Par conséquent, la poudre de phosphate a été examinée par les mêmes appareils mentionnés au paragraphe ci-dessus. Les résultats obtenus confirment que des différences ont été observées concernant la composition chimique, la morphologie et les caractéristiques cristallines pendant le processus de séchage. Dans le but de caractériser les problèmes du colmatage des filtres et les problèmes liés aux dépôts tels que la pénétration, une cartographie individuelle des dépôts de dépoussiéreurs de phosphate de filtre à manches a été étudiée. Dans cette optique, il a été trouvé que tous les échantillons contenaient des agglomérats en raison de la teneur en humidité du phosphate solide de 2%. Ainsi que la présence de fissures. Les propriétés rhéologiques et les études de diffusion des rayons X aux petits angles des poussières de phosphate ont été étudiées. Trois échantillons de particules de poussière de phosphate ont été examinés. Le premier échantillon était la poussière de phosphate de calcium non traitée. Le deuxième échantillon était la poussière de phosphate de calcium provenant de l'extérieur du média filtrant. Le troisième échantillon était la poussière de phosphate de calcium provenant de l'intérieur du média filtrant, ce qui provoque une profondeur de colmatage. La caractérisation rhéologique a montré que le comportement pseudoplastique du phosphate de poussière non traité change en comportement de Bingham pendant le processus de filtration/nettoyage. L'analyse diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) présentée dans la section précédente démontre clairement que la structure de la poussière de phosphate est sphérique. Ce projet de thèse vise également à mettre en exergue les recherches récentes sur la dynamique des fluides computationnelle dans le développement de modèles prédictifs du comportement des filtres à manches. Cependant, de nombreux paramètres ont une influence importante sur le système de nettoyage par décolmatage pneumatique utilisé dans les dépoussiéreurs à manches. Une étude de faisabilité a été conduite afin d'optimiser les paramètres de hauteur et de diamètre de buse lors du nettoyage par jet d'impulsion. Un modèle numérique bidimensionnel d'un système à jet d'impulsions a été utilisé pour analyser l'effet de la hauteur de la buse en utilisant la dynamique des fluides numérique (CFD). Cette étude peut être utilisée pour d’autres recherches sur les CFD dans la conception des filtres à manches du phosphate, car notre modèle de base développé pourrait être adapté pour simuler ouvertement les plus grands filtres à manches industriels. Ce travail de recherche consiste á réaliser une étude d'application de la poudre de phosphate en dopant les particules de phosphate avec trois types de métaux : le zinc, le cuivre et l'argent. La méthode de synthèse de dissolution-précipitation a été utilisée pour préparer l’hydroxyapatite (HAP) à partir de phosphate naturel. La méthode d'échange d'ions a été utilisée avec succès pour la synthèse de nanoparticules d'hydroxyapatite dopées à l'argent, au cuivre et au zinc. Les différents outils de caractérisation ont été utilisés ; microscopie électronique à balayage (MEB), analyse thermogravimétrique (ATG) et thermogravimétrie dérivée (DTG), diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et distribution granulométrique. L'activité des quatre poudres de nanoparticules -HAP, Ag-HAP, Cu-HAP et Zn-HAP- a été évaluée concernant la croissance de Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Enterococcus faecalis, et Escherichia coli. Les tests antimicrobiens ont été effectués par la technique « potentiel antimicrobien in vitro sur milieu gélose trypticase soja (TSA) » en utilisant la méthode qualitative de diffusion sur disque. Les particules dopées résultantes ont démontré les effets antibactériens et antimicrobiens qui pourraient être utilisées dans l'élaboration d'une peinture intelligente destinée aux applications industrielles potentielles.