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Université de skikda Theme : Réacteur parfaitement agitée Nom des membre : 0 Introduction : En chimie, un réacteur est une enveloppe ou un conteneur adapté à la réalisation et à l'optimisation du processus général des réactions chimiques et de la conversion des matériaux (génie des procédés). Du point de vue température et mélange réactif, le but recherché dans le réacteur est l'homogénéité du milieu réactionnel. Il existe plusieurs types de réacteurs chimiques : 1- Continuer : • Réacteur continu ou ouvert (réacteur entièrement agité). • Réacteur à écoulement piston. 2- Non continu : • Réacteur batch ou fermé. • Réacteur semi-continu ou semi-fermé. Dans cette présentation, nous aborderons les réacteurs à cuve agitée en continu (réacteurs à agitation totale). 1 C’est quoi réacteur à cuve agitée en continu? Réacteur à cuve agitée en continu (CSTR), également connu sous le nom de réacteur à cuve ou à reflux, réacteur à flux mixte ou réacteur à cuve agitée à flux continu. C'est un modèle couramment utilisé de réacteurs chimiques en génie chimique. Et l'ingénierie de l'environnement. Le réacteur à réservoir agité continu fait généralement référence à un modèle utilisé pour estimer les variables de fonctionnement clés de l'unité lorsque le réacteur à réservoir agité continu est utilisé pour atteindre une sortie spécifiée. Ce modèle mathématique est applicable à tous les fluides : liquides, gaz et boues. Le comportement d'un réacteur à réservoir agité continu est généralement similaire ou simulé à celui d'un réacteur à réservoir agité continu idéal, qui suppose un mélange parfait. Dans un réacteur parfaitement mélangé, les réactifs sont mélangés uniformément dans tout le réacteur dès leur entrée dans le réacteur.Par conséquent, la composition en sortie est identique à la composition du matériau à l'intérieur du réacteur, qui est fonction du temps de séjour et de la vitesse de réaction. Le réacteur à cuve agitée en continu est la limite idéale du mélange complet dans la conception du réacteur, ce qui est tout le contraire d'un réacteur à écoulement piston. En pratique, aucun réacteur ne se comporte de manière idéale mais se situe plutôt quelque part entre les limites de mélange d'un réacteur à cuve agitée en continu et d'un réacteur à écoulement piston idéaux. 2 La différence entre réacteur à cuve agitée en continu idéal et non-idéal 1- Idéal : a-Modélisation : Le flux de fluide continu contenant le réactif chimique non conservateur A pénètre dans le volume idéal V CSTR. b- Hypothèse : • Combinaison parfaite ou idéale • État d'équilibre, où NA est le nombre de moles de substance A • Restrictions fermées • Densité de fluide constante (s'applique à la plupart des liquides ; s'applique uniquement aux gaz lorsqu'il n'y a pas de changement net en moles ou de changements brusques de température) • réaction d'ordre n (r = kCAn), où k est la constante de vitesse de réaction, CA est la concentration de la substance A et n est l'ordre de réaction • Conditions isothermes, ou température constante (k est une constante) • Réaction unique et irréversible (νA = -1) • Tous les réactifs A sont convertis en produits par des réactions chimiques • NA = CA V 3 Distribution du temps de séjour : Un CSTR idéal montre un mélange optimal et un comportement d'écoulement bien défini qui peut être caractérisé par le temps de séjour ou la distribution des âges de sortie. La réalité des réacteurs à réservoir est qu'ils ne satisfont pas aux conditions associées aux schémas d'écoulement idéalisés. Un écart par rapport à l'idéal peut résulter de la canalisation du fluide à travers le récipient, du recyclage du fluide à l'intérieur du récipient ou de la présence de régions mal mélangées ou stationnaires dans le récipient. En conséquence, une fonction de distribution de probabilité, RTD (Residence Time Distribution), est utilisée pour décrire la durée pendant laquelle une partie finie du fluide réside dans le réacteur. Il permet de définir les caractéristiques de mélange et d'écoulement dans le réacteur et de comparer le comportement du réacteur à des modèles idéaux. Le RTD d'un fluide dans un récipient peut être déterminé expérimentalement par l'ajout d'une substance traceuse non réactive dans l'entrée du système. La concentration de ce traceur est variée par une fonction connue et les conditions globales d'écoulement dans la cuve sont déterminées en suivant la concentration du traceur dans l'effluent de la cuve. 2-Non-Idéal : Bien que le modèle de réacteur à réservoir agité continu idéal puisse être utilisé pour prédire le devenir des ingrédients 4 dans les processus chimiques ou biologiques, le réacteur à réservoir agité continu présente rarement un comportement idéal dans la vie réelle. Le plus souvent, les performances hydrauliques du réacteur ne sont pas idéales, ou les conditions du système ne répondent pas aux hypothèses initiales. La correspondance parfaite est un concept théorique, qui n'est pas réalisable dans la pratique. Cependant, à des fins d'ingénierie, si le temps de séjour est de 5 à 10 fois le temps de mélange, l'hypothèse de mélange parfait est généralement correcte. Le comportement hydraulique non idéal est généralement classé comme espace mort ou court-circuit. Ces phénomènes se produisent lorsque le fluide reste dans le réacteur moins longtemps que le temps de séjour théorique. La présence de coins ou de chicanes dans le réacteur conduit souvent à des zones mortes ou à un mauvais mélange des fluides.De même, un jet de fluide dans le réacteur peut provoquer un court-circuit, dans lequel une partie du flux sort du réacteur beaucoup plus rapidement que le fluide en vrac. Si un espace mort ou un court-circuit se produit dans un réacteur à cuve agitée en continu, les réactions chimiques ou biologiques pertinentes peuvent ne pas se terminer avant que le fluide ne quitte le réacteur. Tout écart par rapport a l'écoulement idéal se traduira par une distribution du temps de séjour différente de la distribution idéale, comme on le voit a droite. Coût : Lors de la détermination du coût d'une série de réacteurs à cuve agitée en continu, les coûts d'investissement et d'exploitation doivent être pris en compte. Comme on l'a vu ci- dessus, une augmentation du nombre de réacteurs à cuve agitée continus en série réduira le volume total du réacteur. Le 5 coût variant avec le volume, le coût d'investissement est réduit en augmentant le nombre de réacteurs à cuve agitée en continu. Entre un seul réacteur à cuve agitée continue et deux réacteurs à cuve agitée continue en série, le coût est réduit au maximum et donc le volume est réduit. Lorsque l'on considère les coûts d'exploitation, les coûts d'exploitation varieront en fonction du nombre de pompes et de commandes, de la construction, de l'installation et de l'entretien qui accompagnent les grandes cascades. Par conséquent, avec l'augmentation du nombre de réacteurs à cuve agités en continu, les coûts d'exploitation augmentent également. et donc il y a un compte minimum associé à une cascade de réacteur à cuve agitée en continu. Applications : Les réacteurs à cuve agitée en continu favorisent une dilution rapide des réactifs par mélange. Par conséquent, pour les réactions d'ordre différent de zéro, la faible concentration de réactifs dans le réacteur signifie qu'un réacteur à réservoir agité continu éliminera efficacement les réactifs par rapport au pfr avec le même temps de séjour. [3] Par conséquent, les réacteurs à réservoir agité continu sont généralement plus grands que pfr, ce qui peut être un défi dans les applications avec un espace limité. Cependant, l'un des avantages supplémentaires de la dilution dans un réacteur à cuve agitée en continu est la capacité de neutraliser l'impact sur le système. Contrairement à pfr, les performances du réacteur à cuve agitée en continu ne sont 6 pas sensibles aux changements de composition des flux secondaires, il est donc très adapté à diverses applications industrielles : Génie environnemental : • Procédé de boues activées pour le traitement des eaux usées. • Système de traitement par lagune pour le traitement naturel des eaux usées. • Digesteur anaérobie pour la stabilisation des biosolides d'eaux usées. • Les zones humides utilisées pour traiter les eaux de ruissellement et de pluie. ingénieur chimiste: • Réacteur en boucle pour la production pharmaceutique. • Fermentation. • Production de biogaz. 7 uploads/Finance/ expose-pincipe.pdf