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Université Saad Dahlab BLIDA Faculté de Technologie Département de chimie indus

Université Saad Dahlab BLIDA Faculté de Technologie Département de chimie industrielle Master en Génie chimique Matière Génie de la réaction chimique Série d’exercices Rappels de cinétiques et des réacteurs idéaux isothermes Exemple 1 : Soit la réaction : A→ B , calculer le temps nécessaire pour réduire d’un facteur de 10 (NA = NA0/10 ) le nombre de moles de A dans un réacteur en batch pour lequel la vitesse de réaction est -rA = kCA, avec k = 0.046 min-1 Exemple 2 : La réaction irréversible en phase liquide du 2ème ordre : avec k1 = 0,03 l/mole/s est réalisée dans un réacteur continu parfaitement agité (CSTR). La concentration d’entrée de A est CA0, = 2 moles/l et la concentration de sortie de A est CA = 0,1 mole/l. Le débit volumique d’entrée et de sortie est Q0 = 3 l/s. Quel est le volume du réacteur correspondant ? On vous propose la solution suivante dans laquelle il y a une erreur. Il s’agit de trouver cette erreur. Trouver l’erreur dans cette solution. Bilan molaire : Loi de la vitesse du 2ème ordre : En combinant ces 02 équations il vient : D’où : Exemple 3: On considère un réacteur de volume constant de 200 litres opérant en batch dans lequel est mélange constitué de 75% A and de 25% d’inerte est pressurisé sous 20 atm à 227°C. En supposant que la loi des GP est valide dans ce cas, Quel est le nombre de mole de A dans le réacteur initialement, quelle est alors la concentration de A. Si la réaction est du 1er ordre : -rA = kCA ; avec k = 0,1 min-1. Calculer le temps nécessaire pour consommer 99% de A. Si la réaction est du 2ème ordre: -rA = kCA2 avec k = 0,7 l/mole.min. Calculer le temps nécessaire pour consommer 80% de A. Calculer la pression dans le réacteur à cet instant si la température est de 127°C Exemple 4 : Un gaz pure A entre dans un réacteur à la pression de 830 kPa et la température de 500 K avec un débit volumique de 500 l/s. Calculer la concentration d’entrée de A CA0 ainsi que son débit molaire FA0. Exemple 6: Considère la réaction en phase liquide A→ Produits qui à lieu dans un réacteur piston (PFR). Les résultats suivants ont été obtenus dans un réacteur en batch. X 0 0.4 0.8 -ra (mol/dm3.s) 0.01 0.008 0.002 Si le débit molaire de A dans le PFR est 2 mole/s, quel est le volume nécessaire de ce réacteur si on veut une conversion de 80% dans les mêmes conditions que ceux obtenus dans le réacteur en batch Exemple 5: Soit in réacteur parfaitement agité continu (CSTR) dans lequel entre un débit de 1000 l/h d’un réactif A pure à la concentration de 0,00R mole/l. Ce réacteur est connecté à un 2ème réacteur du type tubulaire. Si le volume du 1er réacteur est de 1200 l et du 2ème réacteur de 600 l, quelle est la concentration intermédiaire et finale de A que l’on peut atteindre avec ce système ? Les informations sur la réaction A→ produits sont données par la figure qui suit : Exemple 6: En utilisant les données du tableau, calculer les volumes V1, V2 et V3 pour les réacteurs CSTR/PFR/CSTR présentés en série dur la figure ci-dessous. X 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.010 0.0091 0.008 0.005 0.002 100 110 125 200 500 200 220 250 400 1000 Exemple 7: La réaction irréversible en phase gazeuse suivante est réalisé dans un réacteur à courant continu avec une alimentation stochiométrique de A et de B. Concernant la vitesse de cette réaction en fonction du taux de conversion X, on donne la figure qui suit. a) Quel est le volume nécessaire d’un PFR pour atteindre 50% de conversion? b Quel est le volume nécessaire d’un CSTR pour atteindre 50% de conversion? c) Quel est le volume d’un 2ème CSTR que l’on ajoute au 1er pour augmenter le taux de conversion à 80%. d) Quel est le volume d’un 2ème PFR que l’on ajoute au 1er pour augmenter le taux de conversion à 80%. Exemple 08: Trouver l’erreur propose dans la solution de l’exercice qui suit: Une réaction en phase liquide doit être réalisée dans un réacteur CSTR de 25 l. Les informations sur la vitesse de la réaction sont données par la figure ci-dessous. : Quel est le taux de conversion à la sortie du réacteur ? On propose la solution suivante dans laquelle il faut trouver l’erreur. Solution On calcule la surface du rectangle correspondant X = 0,5 et on trouve que le volume du réacteur est égal à 25 l. donc X = 0,5 Exemple 09: Soit les systèmes suivants: 1. Quel est le système le plus efficace pour un taux de conversion intermédiaire de 0,3 ? 2. Quel est le système le plus efficace pour un taux de conversion intermédiaire de 0,3 ? 3. Quel est le système qui présente la meilleure utilisation en terme de volume ? Exemple 10: On considère la réaction irréversible en phase gazeuse: La concentration initiale de A étant de 0,2 mole/l, Les corrélations suivantes ont été déterminées au laboratoire : - Pour X  0,5 : 10-8/-rA = 3.0 m3.s/mole. - Pour x > 0,5 : 10-8/-rA = 3.0 + 10 (X – 0,5) m3.s/mole. Le débit volumique étant de 5 m3/s, a. Pour quelle intervalle de conversion, les volumes des réacteurs PFR et CSTR seront identiques ? b. Quel serait le taux de conversion que l’on atteindra dans un réacteur CSTR de 90 litres. c. Quel est le volume d’un réacteur PFR nécessaire pour atteindre 70% de conversion. d. Quel est le volume d’un réacteur CSTR si ce dernier est ajouté en série du réacteur de la question c pour atteindre une conversion finale de 90%. e. Si la réaction a lieu dans un réacteur en batch à pression constante, quel est le temps nécessaire pour atteindre 40% de conversion ? f. Tracer la vitesse de la réaction ainsi que le taux de conversion en fonction du volume d’un réacteur PFR. g. Discuter les différentes réponses à ce problème. Exemple 11: Soit la réaction irréversible en phase gazeuse A+2B → C qui doit avoir lieu dans un réacteur en batch ; à pression constante. L’alimentation à la température de 227°C et à la pression de 1013 KPa, a la composition suivante : 33,3% de A et 66,7% de B. Les résultats de laboratoire obtenus sont les suivants (noter que pour X = 0, -rA = 0,00001) (a) Estimer le volume d’un réacteur PFR pour atteindre une conversion de A de 30% si le débit volumique est de 2 m3/min. (b) Estimer le volume d’un réacteur CSTR placé en série avec le 1er pour augmenter la conversion de A à 50%. (c) Quel est le volume total des 02 réacteurs ? (d) Quel est le volume d’un réacteur PFR seul pour atteindre une conversion de A de 60% ? de 80% ? (e) Quel est le volume d’un réacteur CSTR seul pour atteindre une conversion de A de 50% ? (f) Quel est le volume d’un 2ème réacteur CSTR placé en série avec le 1er pour augmenter la conversion de 50 à 60%. (g) Tracer la vitesse de la réaction ainsi que la conversion en fonction du volume du réacteur piston PFR. (h) Discuter les résultats de ce problème Exemple 12 : Un système est constitué par 02 réacteurs en série : un CSTR de 400 litres et un PFR de 100 litres pour traiter une alimentation de 1 litres par seconde. L’alimentation contient : 41% de A, 41% de B et 18% d’inertes. La réaction irréversible en phase gazeuse A + B → C est réalisée à 10 Atm. e t 227°C. La vitesse de disparition de A est donnée par : a) Quelles sont les taux de conversion maximums que l’on peut atteindre à la sortie de chacun des 02 réacteurs. b) Quel serait le taux de conversion final si 02 réacteurs CSTR de 400 l chacun sont connectés en série? c) Quel serait le taux de conversion final si 02 réacteurs CSTR de 400 l chacun sont connectés en parallèle avec la moitié du débit allant dans chaque réacteur? d) Quel est le volume d’un réacteur PFR seul nécessaire pour atteindre une conversion de 60% si le débit molaire est de 2 mole/ mn ? e) Si la pression totale est réduite d’un facteur de 10, comment évoluerait le taux de conversion (diminue, augmente ou reste le même ?) f) tracer la vitesse de la réaction et le taux de conversion en fonction du volume d’un réacteur PFR. g) Discuter les réponses à ce problème. Exemple 13 : Les résultats de la réaction en phase liquide à 139,4°C du triméthylamine et du n- propylbromide sont donnés par le tableau suivant: Temps (min) 13 34 59 12 Conversion (%) 11.2 25.7 36.7 55.2 Les concentrations initiales dans du benzène des uploads/Finance/ 1ere-serie-d-x27-exercices-de-genie-de-la-reaction.pdf