CALCUL DES RÉACTEURS INDUSTRIELS 1ère CI IAA Pr. Samira GOURARI 1ère CI IAA 2.

CALCUL DES RÉACTEURS INDUSTRIELS 1ère CI IAA Pr. Samira GOURARI 1ère CI IAA 2. Détection de défauts IV. Exploitation des courbes de DTS Les courbes expérimentales de suivie de la DTS peuvent informer sur des anomalies d’écoulement : Si le temps de séjour expérimental, , est égal au temps de passage, , alors l’écoulement est parfait, le réacteur fonctionne correctement. 2. Détection de défauts IV. Exploitation des courbes de DTS t   V V τ Si le temps de séjour mesuré est inférieur à : mauvaise estimation du volume offert au fluide (vol morts) Fluide stagnant c(t) t Fluide stagnant 0 t τ 2. Détection de défauts Volumes morts t   V V τ On dit que le temps de séjour est inférieur au temps de passage. On est dans le cas d’une mauvaise estimation du volume offert au fluide. Trainée de courbe : diffusion vers les zones stagnantes. 2. Détection de défauts Volumes morts Le traceur est dans un volume inférieur (VA) au volume réel (VR) : VR = VM+VA (VM est le volume mort). Fraction de volume mort : VM/VR = 1 - VA/VR. Or, et , d’où : D’où : Fraction de volume mort : 2. Détection de défauts Volumes morts   V V t A _   V V τ R τ t V V _ R A  τ t 1 V V _ R M   c(t) t 0 t τ   V V τ 2. Détection de défauts Court-circuits _ 0 c 0 t τ V V V V V            c V  0 V   V 0 _ V V t   c V  : Débit de court-circuit  V Conclusion 8 Conclusion Pourquoi on peut avoir des défauts sur des équipements ? • Réutilisation d’équipements existants pour faire de nouvelles applications, et donc on a des comportements inattendus. 9 Conclusion Pourquoi on peut avoir des défauts sur des équipements ? • Variation de la capacité de production On garde la même production mais on doit faire varier la capacité de production, et cela génère des choses qu’on n’avait pas quand on avait des débits plus faibles 10 Conclusion Est-ce qu’on corrige toujours le défaut ? • Une fois qu’on sait qu’il y a des défauts on ne cherche pas toujours à les corriger. • D’une part car il peut être très difficile de le faire, et d’autre part ce n’est pas forcément intéressant économiquement. 11 Conclusion Est-ce qu’on corrige toujours le défaut ? Le fait de savoir qu’ils existent va permettre de prendre un certain nombre de précautions en terme de fonctionnement de l’équipement. Mais quelque fois on va garder l’équipement tel quel avec ses défauts, mais en tenir compte dans la manière de l’utiliser. 12 Devoir à la maison 13 Nous voulons mettre en œuvre la réaction, en phase liquide, isotherme, suivante : A + 3,2 B C ; de vitesse du 2ème ordre : r = k.cA.cB. La constante de vitesse k est égale à 10-5 m3.kmole-1. s-1. A l'entrée du réacteur, un débit massique de 19,7 tonnes/h, de masse volumique 870 kg/m3, avec des concentrations respectives en A et B de 0,795 et 3,55 kmole/m3. Le réacteur utilisé est formé d'une cascade de N réacteurs continus parfaitement agités, de volumes 26,5 m3 chacun. Devoir à la maison 14 Trouver le nombre de réacteurs, N, de la cascade pour que le taux de conversion en A soit égal à 80%. Dans un premier temps, démontrer que le taux de conversion à la sortie du jème réacteur, Xj, est lié à celui du j-1ème réacteur, Xj-1, par une relation : Xj-1 = Xj + f(Xj). Ensuite, à l'aide d'un diagramme Xj-1 en fonction de Xj, trouver le nombre de réacteurs, N. Solution 15 cA0 = 0,795 kmole/m3 cB0 = 3,55 kmole/m3. XAf = XA(N) = 0,8 Phase liquide => débit volumique constant A + 3,2 B C r = k.cA.cB k = 10-5 m3.kmole-1.s-1 = 19,7 tonnes/h  m ρ = 870 kg/m3 Vj = V= 26,5 m3     j-1 j N 1  m ρ cA0 cB0 … … NA(j-1) NA(j) Solution 16 Bilan matière en A pendant l’unité de temps dans l’étage j : NA(j-1) = NA(j) + rA(j).Vj (1) Le paramètre à considérer est le taux de conversion : NA(j-1) = NA0[1 – XA(j-1)] et NA(j) = NA0[1 – XA(j)] NA0[1 – XA(j-1)] = NA0[1 – XA(j)] + rA(j).Vj (1) => NA0[XA(j) – XA(j-1)] = rA(j).Vj (2) A + 3,2 B C r = k.cA.cB k = 10-5 m3.kmole-1.s-1 Solution 17 NA0[XA(j) – XA(j-1)] = rA(j).Vj et rA(j) = kcA(j)cB(j) cA(j) = NA(j)/ = NA0(1-XA(j))/ = cA0(1-XA(j)) On démontre (équation stœchiométrique et règle de trois) que : NB(j) = NB0 -3,2XA(j)NA0 et donc : cB(j) = cB0 -3,2XA(j)cA0 . D’où : rA(j) = kcA0(1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] A + 3,2 B C r = k.cA.cB k = 10-5 m3.kmole-1.s-1  V  V Solution 18 NA0[XA(j) – XA(j-1)] = kVcA0(1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] cA0[XA(j) – XA(j-1)] = kVcA0(1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] [XA(j) – XA(j-1)] = kV(1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] XA(j-1) = XA(j) – kV/ (1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] F(XA(j) ) = – kV/ (1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] A + 3,2 B C r = k.cA.cB k = 10-5 m3.kmole-1.s-1  V  V  V  V Solution 19 XA(j-1) = XA(j) – kV/ (1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] F(XA(j) ) = – kV/ (1-XA(j))[cB0 -3,2XA(j)cA0] F(XA(j) ) = -(26,5.10-5.3600.870)/19,7.103 . (1-XA(j)). (3,55 - 3,2.0,795.XA(j)) F(XA(j) ) = -0,04213.(1-XA(j)).(3,55-2,544.XA(j)) XA(j-1) = -0,107.[XA(j)]2 + 1,257.XA(j) – 0,15  V  V Solution 20 Sur un diagramme où les abscisses sont : XA(j) et les ordonnées sont : XA(j-1), on trace la courbe : XA(j-1) = -0,107.[XA(j)]2 + 1,257.XA(j) – 0,15 On trace la 1ère bissectrice. On place : XA(N)=XAf = 0,8. On part du point XA(0) = 0 : j-1=0 => j=1, donc 0 est l’ordonnée de XA(1) qui est l’intersection courbe avec axe des x. Solution 21 La Verticale passant par X(1) donne avec intersection avec bissectrice XA(1) comme ordonnée qui donne avec intersection horizontale et courbe XA(2) … jusqu’à ce qu’on arrive à XAf =0,8. Solution 22 A + 3,2 B C r = k.cA.cB k = 10-5 m3.kmole-1.s-1 Un traçage précis donne N=19 étages. Les étages de tête sont plus efficaces que ceux de queue. 19 XA(1) 1 2 3 XA(N)=XAf = 0,8 XA(i-1) XA(i) 0 XA(N-1) REFERENCES • J. VILLERMAUX, Réacteurs Chimiques. Principes. Techniques de l’Ingénieur, Génie des Procédés J 4010. • P. TRAMBOUZE, Réacteurs Chimiques. Technologie. Techniques de l’Ingénieur, Génie des Procédés J 4020 • R. SCRIBAN, Biotechnologie, Tec-Doc Lavoisier, 1988. • CRUEGER W. & CRUEGER A., Biotechnology : A textbook of industrial • microbiology, 2n edition, Sunderland (USA), Science Tech Publishers, 1990 • LARPENT-GOURGAU M. & SANGLIER J. 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FAUDET, Principes fondamentaux du génie des procédés et de la technologie chimique, Lavoisier, 1997 24 CALCUL DES RÉACTEURS BIOLOGIQUES INDUSTRIELS Partie 2 25 1ère CI IAA 1ère CI IAA 26 Qu’est-ce qu’un Réacteur Biologique ? Appareil où les réactions mises en jeu sont initiées par un organisme vivant. On utilisera plus spécifiquement le terme de Bioréacteur ou Fermenteur ou Réacteur Biologique. 27 Qu’est-ce qu’un Réacteur Biologique ? 28 Le bioréacteur, est une enceinte plus ou moins vaste : de quelques litres en installation de laboratoire, quelques dizaines de litres en installation pilote, à plusieurs mètres-cubes en production industrielle. Qu’est-ce qu’un Réacteur Biologique ? Les microorganismes intéressent les industries alimentaires, ils provoquent par l’intermédiaire de leurs enzymes : des modifications souhaitées, conduisant aux fromages ou à diverses spécialités fermentées. D’autre part, des modifications non souhaitées, comme des altérations. 29 Qu’est-ce qu’un Réacteur Biologique ? Les microorganismes provoquent aussi : o des actions microbiennes qui permettent l’obtention de métabolites divers souhaité (éthanol, acide acétique) o ainsi que l’épuration des eaux usées par la transformation de la pollution organique en produits non polluants. 30 Qu’est-ce qu’un Réacteur Biologique ? De très nombreux composés peuvent ainsi être élaborés par les microorganismes. Ce fait justifie l’intérêt de l’utilisation des microorganismes en biotechnologie, fondée sur leur très grand pouvoir de synthèse. 31 Qu’est-ce qu’un Réacteur Biologique ? Dans ce cours, nous allons étudier le dispositif qui doit permettre la mise en œuvre des réactions qui ont lieu en présence de microorganismes : uploads/Voyage/ seance6-reacteurs-industriels-20-21.pdf

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• Publié le Aoû 30, 2022
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