Filtration d'aérosols liquides par un filtre à fibres placé en position horizontale

Filtration of liquid aerosols with a horizontal fibrous filter

• Auteur / Autrice : Augustin Charvet
• Direction : Yves Gonthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Chambéry
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Perte de charge

Filtration

Aérosols

Mots clés libres

Aérosols liquides

Filtres à fibres

Résumé

Les aérosols liquides peuvent constituer une part importante de la pollution atmosphérique ou des ambiances de travail. Ce travail s'inscrit dans une volonté d'amélioration des connaissances des performances d'un filtre à fibres au cours de son colmatage par un aérosol liquide. La filtration de particules liquides se singularise de celle de particules solides par l'apparition d'un régime de drainage caractérisé par une perte de charge constante et un écoulement du liquide collecté. De plus, lors de cette phase stationnaire de filtration, les mesures hydrodynamiques diffèrent notablement de celles obtenues avec des particules solides, en particulier la résistance du filtre à l'écoulement décroit avec la vitesse du gaz et l'efficacité massique du filtre est augmentée. Parallèlement, au cours du colmatage, nous avons observé une diminution des performances du filtre pour des particules inférieures à 300 nm et une augmentation de l'efficacité pour celles dont la taille est supérieure à cette valeur mettant ainsi bien en évidence l'influence de la vitesse interstitielle sur l'efficacité du filtre au travers des mécanismes de collection par diffusion et impaction inertielle. Une étude spécifique du régime de drainage a permis de constater que le balayage d 'un filtre par un débit de gaz exempt de particules, permet d'abaisser la perte de charge par élimination d'une partie du liquide collecté. Cependant, ces conclusions sont à nuancer puisqu'une augmentation du débit de gaz entraine, parallèlement, un ré-entrainement de particules qui rend moins efficace le filtre. Finalement la mise au point d'un modèle numérique permet de rendre compte de l'évolution progressive de la perte de charge et de l'efficacité du filtre au cours de son colmatage par un aérosol liquide. La modélisation s'avère intéressante puisque le profil de perte de charge en trois étapes est parfaitement reproduit, ainsi que la zone de faible efficacité (MPPS), récurrente pour les filtres à fibres.

Liquid aerosols can constitute a significant part of atmospheric pollution or of air pollution in the workplaces and contamination in gases leaving compressors. The purpose of this PhD thesis is to improve the knowledge of fibrous filter performances during the its clogging by liquid aerosols. Filtration of liquid particles is different from solid particles one by the appearance of a drainage stage characterized by a constant pressure drop and a collected liquid flow. During this stage, hydrodynamic measures differ significantly from those obtained with solid particles. In fact, filter resistance decreases with gas velocity and filter mass efficiency is increased. Moreover, for particles smaller than 300 nm, a decrease in filtration efficiencies can be observed during the medium clogging and an increase for bigger particles. These results highlight the influence of interstitial velocities on inertial impaction and diffusion mechanisms. The study of hydrodynamic resistance during the drainage stage has shown that temporary interruptions of airflow induce a filter resistance increase because of a liquid distribution modification in the filter. On the contrary, when there is no more liquid particles in the airflow, a high gas velocity promotes drainage and consequently reduces the quantity of liquid trapped in the medium and the pressure drop. However, these conclusions must be qualified because increasing gas velocity induces a particle re-entrainment downstream of the filter, with all arisen consequences (health and environmental risks). Finally a numeric model is developed to observe the gradual evolution of pressure drop and filter efficiency during its clogging by a liquid aerosol. The area of low efficiency (Most Penetrating Particle Size), recurring in fibrous filters, and the temporal evolution of pressure drop are perfectly reproduced by this numerical modelling.