Le génie des procédés peut être défini comme la science pour l’ingénieur dont l’objet est la mise en œuvre optimale des procédés de transformation physico-chimique et/ou biologique des matières premières en produits fonctionnels.
L’une des branches importantes du génie des procédés est le génie de la réaction chimique, qui s’intéresse aux méthodes de mise en œuvre rationnelle des transformations chimiques et en particulier aux appareils dans lesquels sont conduites les réactions : les réacteurs chimiques. Même si le réacteur ne représente qu’une part modeste de l’investissement dans un procédé industriel, son fonctionnement conditionne en grande partie les installations placées en amont (préparation des charges de réactif, choix des conditions de température et de pression) et les installations situées en aval (dispositifs de séparation des produits notamment). Une amélioration du rendement du réacteur de quelques unités peut donc se traduire par un abaissement notable des coûts d’investissement et des consommations de matière et d’énergie. En ce sens, on peut dire que le réacteur est véritablement le cœur du procédé, qui requiert toute l’attention de l’ingénieur.
Dans ce cours du réacteurs polyphasiques, nous examinons l’influence de la cinétique physique (transfert de matière et de chaleur) sur le fonctionnement des réacteurs comportant plusieurs phases. Étant donné l’importance industrielle de ce type de réacteurs, chacun d’eux mériterait un traitement détaillé. Nous voulons seulement mettre en évidence ci-après le couplage entre réaction chimique et phénomènes de transport. Celui-ci intervient notamment pour modifier l’expression de la vitesse apparente de la réaction qui figure dans les équations caractéristiques des réacteurs.
Dans la premier partie de ce cours nous présenterons :
- la théorie de l’absorption avec réaction chimique, qui est nécessaire à l’établissement du modèle du réacteur ;
- les techniques de mesure des paramètres caractérisant le transfert de matière, qui interviennent dans ce modèle.
Dans la deuxième partie, nous discutons des effets de la diffusion (transfert de masse) sur la vitesse de réaction globale dans les processus qui incluent à la fois la réaction chimique et le transfert de masse. Les deux types de résistance à la diffusion sur lesquels nous portons notre attention sont (1) la résistance externe: diffusion des réactifs ou produits entre le fluide en vrac et la surface externe du catalyseur, et (2) la résistance interne: diffusion des réactifs ou produits de la surface externe des grains (trou des pores) à l'intérieur du grain. Dans ce chapitre, nous nous concentrons sur la résistance externe et nous décrivons ensuite les modèles de résistance interne à la diffusion avec réaction chimique. Des observations qualitatives seront faites sur les effets de la vitesse d'écoulement de fluide, la taille des grains, et la chute de pression sur les performances du réacteur.
Dans la troisième partie est pour l’objectif de familiariser avec les couplages transferts - réaction, apprendre à identifier le(s) phénomène(s) limitant(s) et/ou le régime réactionnel, choisir et prédimensionner le réacteur fluide / solide consommable industriel.
- Enseignant: HENINI Ghania