21 mar 2013 · Une colonne remplie de résine échangeuse d'ions en cours d'utilisation présente des caractéristiques similaires à celle d'un milieu poreux
| Previous PDF | Next PDF |
[PDF] ECHANGE DIONS
que d'autres sont employées comme échangeurs de cations (résines dites cationiques) Elles sont Le nombre des résines échangeuses d'ions est très élevé;
[PDF] Caractérisation des résines échangeuses dions dintérêt - CORE
21 mar 2013 · Une colonne remplie de résine échangeuse d'ions en cours d'utilisation présente des caractéristiques similaires à celle d'un milieu poreux
[PDF] résines échangeuses - SUEZ
Les résines d'adoucissement : ces résines échangent leurs ions sodium (Na+), contre les ions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+) Elles sont donc privilégiées
[PDF] Ce document est le fruit dun long travail approuvé par le jury de
Cas de l'utilisation d'une résine échangeuse d'ion initialement vierge Les échangeurs d'ions étant des électrolytes, au cours de l'échange, la configuration
[PDF] THESE - International Nuclear Information System (INIS) IAEA
résines échangeuses d'ions ainsi que de l'hydrocinétique a été étudié sur Les résines étudiées au cours de cette thèse sont la résine échangeuse de cations
[PDF] 2MB - UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L
Tableau 1 3 Comparaison de résines échangeuse d'ions commerciales pour le plomb courts ramifiés composés de pentoses et d'hexoses) et de lignine
[PDF] Modélisation par transport réactif des résines échangeuses dions
L'environnement de travail a aussi son importance : c'est parfois au cours de 2 Transport réactif dans une colonne de résine échangeuse d'ions 10
[PDF] ÉCHANGEURS DIONS
mis en jeu au cours des échanges, en même temps qu'un développement Dans les résines échangeuses de cations , les groupements fonctionnels ionisés
[PDF] Résines échangeuses dions - Ministère des Solidarités et de la Santé
- considérant les risques de formation de substances dangereuses (nitrosamines ) pendant les arrêts de fonctionnement Par ailleurs, les agréments du ministère
[PDF] résine anionique definition
[PDF] groupe caractéristique paracétamol
[PDF] résine échangeuse d'ions pour adoucir l'eau
[PDF] résine cationique forte
[PDF] résistance ? la traction rm
[PDF] résistance ? la rupture définition
[PDF] résistance ? la compression acier
[PDF] rm acier
[PDF] contrainte admissible acier s235
[PDF] résistance des matériaux cours terminale
[PDF] limite élastique acier inox
[PDF] cours résistance des matériaux pdf
[PDF] groupes auxochromes
[PDF] résistance des matériaux pour les nuls
Caracterisation des resines echangeuses d'ions d'inter^et pour les reacteurs a eau sous pression : Application et validation d'un modele dedie
Aurelie MabroukTo cite this version:
Aurelie Mabrouk. Caracterisation des resines echangeuses d'ions d'inter^et pour les reacteurs a eau sous pression : Application et validation d'un modele dedie. Autre. Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris, 2012. Francais.HAL Id: pastel-00803356
Submitted on 21 Mar 2013
HALis a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci- entic research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.L'archive ouverte pluridisciplinaireHAL, est destinee au dep^ot et a la diusion de documents scientiques de niveau recherche, publies ou non, emanant des etablissements d'enseignement et de recherche francais ou etrangers, des laboratoires publics ou prives.MINES ParisTech
Centre Energétique et Procédés
35 rue Saint Honoré
77305 Fontainebleau
École doctorale n° 432 : Sciences des Métiers de l'Ingénieur présentée et soutenue publiquement parAurélie MABROUK
19 octobre 2012
Caractérisation des résines échangeuses d"ions d"intérêt pour les Réacteurs à Eau sous Pression. Application et validation d"un modèle dédié.Doctorat ParisTech
T H È S E
pour obtenir le grade de docteur délivré par l"École nationale supérieure des mines de Paris Spécialité Energétique et Procédés "Directeur de thèse : Christophe COQUELET
Co-encadrement de la thèse : Vincent LAGNEAU
T H S E Jury M. Jacques AMOUROUX, Professeur émérite, ENSCP PrésidentM. Michel SARDIN,
Professeur des universités, ENSIC RapporteurM. Olivier BILDSTEIN,
Chargé de recherche HDR, CEA RapporteurM. Vincent LAGNEAU,
Maître de recherche, ENSMP ExaminateurM. Christophe COQUELET,
Maître assistant HDR, ENSMP ExaminateurMme Hélène SCHNEIDER,
Docteur, EDF R&D Examinatrice
M. Gary FOUTCH,
Professeur, Oklahoma State University InvitéAvant-propos Au sein d'EDF R&D, je tiens tout d'abord à remercier Hubert Catalette pour m'avoir accueillie dans le groupe chimie-corrosion, puis par la suite à son successeur Ellen-Mary Pavageau. Je remerci e également Hélè ne Schneider et Martin Ba chet pour m'avoir accompagnée tout au long de ce travail. Au sein de l'Ecole des Mines de Paris, je remercie mon directeur de thèse Christophe Coquelet. Je tiens aussi à exprimer ma grande reconnaissance à mon maître de thèse Vincent Lagneau pour m'avoir guidée sur le chemin parfois ardu de la thèse de doctorat. Je remercie également les membres du jury, Messieurs Jacques Amouroux, Michel Sardin, Olivier Bildstein, et Gary Foutch, pour avoir pris le temps de lire et de juger ce travail. J'ai beaucoup apprécié les discussions que nous avons eues au cours de la soutenance. Je tiens à remercier Régis Michel pour avoir mis à ma disposition le laboratoire Chimie et Corrosion, ainsi que ses nombreux outils d'analyses. Je remercie aussi Patricia Vigne et Laurent Mercier pour leurs précieux conseils et leur soutien amical. Je remercie l'équipe HR et tout spé ciale ment Raphaël Mathi eu pour m 'avoir " informatiquement
» soutenue. Je remercie également l'équipe du CEP et Pascal Théveneau pour m'avoir aidée à monter l'expérience porosité. En parlant de porosité, j'adresse un merci tout particulier à Joël Billiotte. Parmi tous les souve nirs que me l aissent ces trois ans de thèse, j e gardera i précieusement les moments que j'ai partagés avec Majda Bouzid et Kouakou Yao. J'ajoute aussi les excellents souvenirs des pauses thé d'HR, du café du CEP et des chocolats d'EDF avec Nelly, Marco, Estelle, Stéphanie, Haifan, Elise, Snaïde, Marie-Claude, Blandine, Ghassan, Sarah, Ka yad, Noëlia, Guillaume, Catherine, Bruna, Sharf ine, Chaveli, Pa uline, Alexandre... Bon courage à tous ceux qui n'ont pas encore terminés leurs thèses ! Je remercie très chaleureusement toute ma famille pour avoir été à mes côtés depuis toujours : mon père, m a mère, ma pet ite soeur et ma chère grand-mère. Je terminer ai en remerciant Stéphane pour avoir cru en moi, m'avoir encouragée et être doté d'une bonne humeur à toute épreuve !
iSommaire
LISTE DES SYMBOLES ......................................................................................................................... V
LISTE DES ACRONYMES .................................................................................................................... IX
INTRODUCTION GENERALE................................................................................................................ 1
CHAPITRE I. ETUDE QUALITATIVE DU COMPORTEMENT D"UNE RESINEECHANGEUSE D"IONS ................................................................................................................................ 3
I.1. L"EAU ................................................................................................................................................... 3
I.2. L"EAU ULTRA-PURE ............................................................................................................................. 3
I.3. L"EAU DANS LES CENTRALES NUCLEAIRES ......................................................................................... 4
I.3.1 Fonctionnement d"une centrale nucléaire............................................................................... 4
I.3.2 Le circuit primaire ....................................................................................................................... 5
I.3.3 Le circuit secondaire .................................................................................................................. 8
I.3.4 Traitement de l"eau du circuit primaire et secondaire ........................................................... 9
I.4. ETAT DE L"ART SUR LES RESINES ECHANGEUSES D"IONS ................................................................ 12
I.4.1 Un peu d"histoire ...................................................................................................................... 12
I.4.2 Principes élémentaires de l"échange d"ions ......................................................................... 13
I.4.3 Synthèse et propriétés générales des REI ........................................................................... 15
I.4.3.1 Synthèse des REI ............................................................................................................................... 15
I.4.3.2 Propriétés générales des REI ........................................................................................................... 17
I.4.3.2.1 Taille de grain et granulométrie ................................................................................................. 18
I.4.3.2.2 Pourcentage de DVB et " taux de réticulation » ..................................................................... 20
I.4.3.2.3 Porosité(s) ..................................................................................................................................... 20
I.4.3.2.4 Rétention d"humidité et phénomènes afférents ....................................................................... 21
I.4.3.2.5 Adsorption de solutés .................................................................................................................. 22
I.4.3.2.6 Groupes fonctionnels et capacité d"échange ........................................................................... 23
I.4.3.2.7 Stabilité et dégradation ............................................................................................................... 24
I.5. PROPRIETES PARTICULIERES DES REI ............................................................................................ 25
I.5.1 L"équilibre réactionnel .............................................................................................................. 26
I.5.1.1 La sélectivité ....................................................................................................................................... 27
I.5.1.2 Les modèles physiques de la réactivité chimique .......................................................................... 28
I.5.1.3 Les modèles thermodynamiques de la réactivité chimique .......................................................... 31
I.5.2 La cinétique physique .............................................................................................................. 34
I.5.2.1 Le modèle de Nernst .......................................................................................................................... 35
I.5.2.2 L"étape limitante .................................................................................................................................. 36
I.5.2.3 La cinétique de film ............................................................................................................................ 38
I.5.2.3.1 Echange d"isotopes ..................................................................................................................... 38
I.5.2.3.1.i La première loi de Fick ......................................................................................................... 38
I.5.2.3.1.ii Le coefficient de diffusion .................................................................................................... 39
I.5.2.3.2 Echange d"ions ............................................................................................................................. 40
I.5.2.3.2.i La première loi de Fick ......................................................................................................... 41
I.5.2.3.2.ii L"équation de Nernst-Planck............................................................................................... 41
I.5.2.3.2.iii Le coefficient de transfert de masse ................................................................................ 44
I.5.3 La cinétique en colonne .......................................................................................................... 45
I.5.3.1 Représentation de la cinétique en colonne ..................................................................................... 46
I.5.3.2 Facteurs prépondérant pour la cinétique en colonne .................................................................... 47
I.1.1.1.1.i Influence de l"équilibre réactionnel...................................................................................... 47
I.1.1.1.1.ii Influence de la cinétique physique ..................................................................................... 48
I.1.1.1.1.iii Influence des conditions opératoires ................................................................................ 48
I.6. SYNTHESE ......................................................................................................................................... 49
CHAPITRE II. PRESENTATION DE SOLUTIONS ANALYTIQUES ET NUMERIQUES DUTRANSPORT ET DE L"ECHANGE D"IONS ............................................................................................ 51
II.1. GENERALITES SUR LE TRANSPORT............................................................................................. 51
II.1.1 Transport convectif .............................................................................................................. 51
II.1.2 Transport diffusif .................................................................................................................. 52
II.1.3 Transport dispersif ............................................................................................................... 52
II.1.4 Equation générale du transport en milieu poreux ........................................................... 53
II.1.4.1 Milieu poreux ...................................................................................................................................... 53
II.1.4.2 Equation générale du transport en milieu poreux ......................................................................... 54
iiII.1.4.3 Chemin préférentiel ........................................................................................................................... 56
II.1.5 Conclusion ............................................................................................................................ 56
II.2. TRANSPORT D"UN TRACEUR DANS UNE COLONNE REMPLIE DE RESINES .................................. 56
II.2.1 Transport convectif-dispersif entre les billes de résine .................................................. 57
II.2.1.1 Régime non permanent .................................................................................................................... 57
II.2.1.1.1 Résolution .................................................................................................................................... 57
II.2.1.1.2 Programmation ........................................................................................................................... 58
II.2.1.1.2.i Le temps de résidence ........................................................................................................ 58
II.2.1.1.2.ii Influence sur le temps de résidence en conditions expérimentales ............................ 60
II.2.2 Transport diffusif dans le film de Nernst ........................................................................... 62
II.2.2.1 Régime non permanent .................................................................................................................... 63
II.2.2.1.1 Résolution .................................................................................................................................... 63
II.2.2.1.2 Programmation ........................................................................................................................... 64
II.2.2.2 Régime permanent ............................................................................................................................ 64
II.2.2.2.1 Résolution .................................................................................................................................... 64
II.2.2.2.2 Programmation ........................................................................................................................... 65
II.2.3 Conclusion ............................................................................................................................ 65
II.3. TRANSPORT D"UN REACTIF A L"EQUILIBRE DANS UNE COLONNE REMPLIE DE RESINES ............. 66II.3.1 Hypothèses de départ ......................................................................................................... 66
II.3.1.1 Première hypothèse .......................................................................................................................... 66
II.3.1.2 Deuxième hypothèse ......................................................................................................................... 67
II.3.2 Transport convectif-dispersif entre les billes de résine .................................................. 68
II.3.2.1 Régime non permanent .................................................................................................................... 68
II.3.2.1.1 Résolution .................................................................................................................................... 68
II.3.2.1.2 Programmation ........................................................................................................................... 68
II.3.3 Transport diffusif dans le film de Nernst ........................................................................... 70
II.3.3.1 Régime permanent ............................................................................................................................ 70
II.3.3.1.1 Résolution .................................................................................................................................... 70
II.3.3.1.2 Programmation ........................................................................................................................... 71
II.3.3.2 Régime quasi-stationnaire ................................................................................................................ 71
II.3.3.2.1 Résolution .................................................................................................................................... 71
II.3.3.2.2 Programmation ........................................................................................................................... 73
II.3.4 Conclusion ............................................................................................................................ 73
II.4. TRANSPORT D"UN REACTIF A L"EQUILIBRE AVEC UNE LIMITATION PAR TRANSFERT DE MASSEDANS UNE COLONNE REMPLIE DE RESINES
...................................................................................................... 73
II.4.1 Modèle de limitation par transfert de masse entre deux phases .................................. 73
II.4.2 Modèle physico-chimique avec un couplage transport convectif et diffusif dans latotalité de la colonne .................................................................................................................................. 75
II.4.2.1 Régime quasi-stationnaire ................................................................................................................ 75
II.4.2.2 Cas particulier : Re-introduction du temps ..................................................................................... 78
II.4.3 Comparaison entre solutions du transport convectif-diffusif et du modèle de limitationpar transfert de masse ............................................................................................................................... 79
II.4.4 Conclusion ............................................................................................................................ 80
II.5. TRANSPORT REACTIF DANS LE LOGICIEL OPTIPUR ................................................................. 80
II.5.1 Les modules de base d"OPTIPUR .................................................................................... 80
II.5.1.1 Transport convectif-dispersif dans OPTIPUR ................................................................................ 80
II.5.1.2 Chimie dans OPTIPUR ..................................................................................................................... 84
II.5.2 Les différentes options d"OPTIPUR .................................................................................. 85
II.5.2.1 Option équilibre d"OPTIPUR : le couplage chimie-transport ....................................................... 85
II.5.2.2 Option MTC d"OPTIPUR : Ajout du terme diffusif ......................................................................... 87
II.5.2.3 Option NP d"OPTIPUR : Ajout du terme électro-diffusif ............................................................... 88
II.5.3 Conclusion ............................................................................................................................ 90
II.6. SYNTHESE ................................................................................................................................... 90
CHAPITRE III. ETUDE EXPERIMENTALE DE LA CINETIQUE EN COLONNE .................... 93III.1. PROTOCOLE EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 93
III.1.1 Préparation des solutions ................................................................................................... 93
III.1.2 Montage expérimental......................................................................................................... 95
III.1.3 Outils d"analyse .................................................................................................................... 96
III.1.3.1 Description de l"ICP-AES et de l"ICP-MS ...................................................................................... 96
III.1.3.1.1 Fonctionnement de l"ICP-AES ................................................................................................. 96
III.1.3.1.2 Fonctionnement de l"ICP-MS ................................................................................................... 97
III.1.3.2 Validation des outils de mesure ..................................................................................................... 98
III.1.3.2.1 Validation de la méthode utilisée en ICP-AES ...................................................................... 98
iiiIII.1.3.2.2 Inter-comparaison de méthode utilisée en ICP-AES et en ICP-MS ................................. 100
III.1.4 Etude complémentaire sur la porosité ............................................................................ 101
III.2. METHODE DE MESURE .............................................................................................................. 103
III.2.1 Grandeurs mesurées......................................................................................................... 103
III.2.2 Description du cas de référence ...................................................................................... 104
III.2.3 Répétabilité et reproductibilité du cas de référence ..................................................... 105
III.3. ETUDE PARAMETRIQUE ............................................................................................................. 106
III.3.1 Echange binaire: Ni2+ vs H+ ............................................................................................. 106
III.3.1.1 Influence de la vitesse de filtre ..................................................................................................... 106
III.3.1.2 Influence de la concentration en entrée ...................................................................................... 108
III.3.1.3 Influence de la hauteur de colonne .............................................................................................. 112
III.3.1.4 Comparaison de l"influence des paramètres .............................................................................. 114
III.3.1.5 Autre type de REI ........................................................................................................................... 115
III.3.1.6 Influence de la température .......................................................................................................... 116
III.3.2 Echange ternaire : Ni2+ + Cs+ vs H+ ................................................................................ 117
III.4. ETUDE COMPLEMENTAIRE SUR LA POROSITE DES RESINES .................................................... 118
III.5. DISCUSSION .............................................................................................................................. 121
CHAPITRE IV. MODELISATION DE LA CINETIQUE EN COLONNE .................................... 129IV.1. POURQUOI OPTIPUR ?........................................................................................................... 129
IV.2. LES AUTRES LOGICIELS ? ......................................................................................................... 130
IV.3. ZOOM SUR OPTIPUR .............................................................................................................. 132
IV.3.1 Design du code OPTIPUR ............................................................................................... 132
IV.3.2 Utilisation d"OPTIPUR ....................................................................................................... 132
IV.3.2.1 Construction du montage sur OPTIPUR ..................................................................................... 132
IV.3.2.1.1 Les objets physiques dans OPTIPUR .................................................................................. 132
IV.3.2.1.2 Les unités chimiques dans OPTIPUR .................................................................................. 133
IV.3.2.2 Les paramètres d"entrée ............................................................................................................... 134
IV.3.2.3 Option de cinétique ........................................................................................................................ 135
IV.3.2.4 Les paramètres numériques ......................................................................................................... 136
IV.3.3 Graphes de sortie d"OPTIPUR ........................................................................................ 136
IV.4. METHODE DE MESURE .............................................................................................................. 137
IV.4.1 Résultats obtenus avec les différentes options d"OPTIPUR ....................................... 138
IV.4.1.1 Option équilibre............................................................................................................................... 138
IV.4.1.2 Option MTC ..................................................................................................................................... 139
IV.4.1.2.1 Profil de concentration ............................................................................................................ 139
IV.4.1.2.2 Saturation des sites ................................................................................................................ 141
IV.4.1.2.3 En sortie de colonne ............................................................................................................... 142
IV.4.1.3 Option NP ........................................................................................................................................ 143
IV.4.2 Traitement des résultats ................................................................................................... 144
IV.4.3 Interprétation des résultats ............................................................................................... 145
IV.5. RESULTATS DE SIMULATION ..................................................................................................... 147
IV.5.1 Préquelle : calibrage de la porosité ................................................................................. 147
IV.5.2 Comparaison des MTC ..................................................................................................... 150
IV.5.2.1 Echange binaire: Ni2+ vs H+ ......................................................................................................... 150
IV.5.2.1.1 Influence de la vitesse de filtre .............................................................................................. 150
IV.5.2.1.2 Influence de la concentration en entrée ............................................................................... 151
IV.5.2.1.3 Influence de la hauteur de colonne ...................................................................................... 153
IV.5.2.1.4 Conclusion ............................................................................................................................... 153
IV.5.2.2 Echange ternaire : Ni2+ + Cs+ vs H+ ............................................................................................. 154
IV.5.3 Comparaison des courbes de saturation ....................................................................... 156
IV.5.4 Pour aller plus loin ............................................................................................................. 157
IV.5.4.1 Echange binaire: Ni2+ vs H+ .......................................................................................................... 157
IV.5.4.1.1 Influence de la vitesse de filtre .............................................................................................. 157
IV.5.4.1.2 Influence de la concentration en entrée ............................................................................... 158
IV.5.4.1.3 Influence de la hauteur de colonne ...................................................................................... 159
IV.5.4.2 Echange ternaire : Ni2+ + Cs+ vs H+ ............................................................................................. 160
IV.6. SYNTHESE ................................................................................................................................. 167
CHAPITRE V. CONCLUSION GENERALE ................................................................................. 169
V.1. DEMARCHE DE L"ETUDE ET PRINCIPAUX DEVELOPPEMENTS ................................................... 169
V.2. PRINCIPAUX RESULTATS ........................................................................................................... 170
quotesdbs_dbs44.pdfusesText_44