Effet du micromélange sur la précipitation

Laboratoire des Sciences du géme Chimique — CNRS-ENSIC Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy, France.

Résumé

Le but de cet article est de mettre en évidence par des simulations numériques, les principaux facteurs de la mise au contact et du mélange ultérieur des réactifs, susceptibles d'avoir une influence sur la taille et la répartition granulométrique des cristaux de précipité.

On précise d'abord la nature des processus physicochimiques intervenant lors de la précipitation et on propose une écriture adimensionnelle originale des lois locales fondée sur des temps et des longueurs caractéristiques.

On rappelle ensuite les principales caractéristiques du mélange de deux fluides (macro et micromélange) et on présente différents modèles, de complexité croissante, pour décrire le mélange dans une cuve agitée.

Après une rapide revue bibliographique, on présente les résultats de deux simulations pour des précipiations de type A + B [math] R [math] P (solide) et A + B [math] P (solide) à simple et double jet en utilisant respectivement un modèle d'interaction simple (IEM) et un modèle plus détaillé prenant en compte l'incorporation du fluide entrant dans le mélange.

Les résultats montrent clairement l'influence de l'efficacité du mélange, du type de nucléation et du régime de croissance sur la taille moyenne des cristaux et sur la variance de la distribution de taille des cristaux.

Abstract

The aim of this paper is to point out the influence of contacting and mixing of reactants on the crystal size distribution of precipitates via numerical simulation.

The nature of physicochemical processes involved in precipitation is first specified and an original formulation of local laws is proposed, based on characteristic lengths and times, leading to dimensionless equations.

The main features of the mixing of two fluids are recalled (macro and micromixing) and different models of increasing complexity are presented to describe mixing in a stirred tank.

After a rapid literature review, results of two simulations are presented for simple and double jet precipitations of the kind A + B [math] R [math] P (solid) and A + B [math] P(solid), using respectively a simple interaction model (IEM) and a more detailed model taking into account the progressive incorporation of the incoming fluid into the bulk.

These results clearly emphasize the influence of mixing efficiency, of the nature of nucleation and of the growth regime on the mean crystal size and on the variance of the crystal size distribution.