Post on 14-Dec-2015
description
Sélection des réacteurs
Carl DuchesneAutomne 2004
GCH-17802 CAO en génie chimique
Paramètres de sélection
� Type de réaction / voie réactionnelle
� Concentration des réactifs
� Température
� Pression
� Phase
� Catalyseur
Voie réactionnelle
� Souvent plusieurs
� Coûts des ingrédients
� Conditions d’opération nécessaires (T, P, etc.)
� Sous-produits� Impact environnemental ?� Valeur économique ?
� Phase
� Catalyseur
Types de réactions
1. Réactions uniques
2. Réactions multiples en parallèle avec sous-produits
3. Réactions multiples en série avec sous-produits
4. Réactions multiples mixtes avec sous-produits
5. Réactions de polymérisation
Types de réacteurs (idéaux)
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Mesures de performance
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Réaction unique
� Réacteur PF ou batch préférables p/r au CSTR
� CSTR – [CRÉACTIFS] plus faible
� Vol. CSTR > PF ou batch pour même conversion ($)
� Viser 95 % de conversion (vol. réacteur vs unités de séparation)
α= RÉACTIFSCkr�&'��()� �*+,(�
Réactions multiples parallèle
� Si α2 > α1 : sélectivité augmente avec conversion� favoriser le CSTR, viser 95% de conversion� 95% de la conversion maximale si réversible
� Si α2 < α1 : sélectivité diminue avec conversion� favoriser le PF, viser 50% de conversion� 50% de la conversion maximale si réversible
1RÉACTIFS11 Ckr α=�&'��()� �*+,(�
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12RÉACTIFS
1
2
1
2 Ckk
rr α−α=
Réactions multiples série
� Minimiser [PRODUIT] pour maximiser la sélectivité!
� Opérer à faible conversion (court temps de séjour), typiquement 50%
� Favoriser le PF (ou batch)
1RÉACTIFS11 Ckr α=�&'��()� �*+,(�
�*+,(� �*,���*+,(� 2PRODUIT22 Ckr α=
Réactions multiples mixtes
1RÉACTIFS11 Ckr α=�&'��()� �*+,(�
�*+,(� �*,���*+,(� 3PRODUIT33 Ckr α=
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� Si α1 > α2 : choisir le PF (ou batch) pour maximiser la sélectivité des réactions parallèles et en série
� Si α1 < α2 : conflit! - Combinaisons de CSTR et de PF
Combinaisons CSTR-PF
� CSTR en série (approche le PF)
� PF + recirculation
� PF – CSTR ou CSTR-PF
� Pour déterminer le meilleur choix, il faut dimensionner les équipements et évaluer leurs coûts!
Température
� Minimiser le volume des réacteurs à conversion constante
� Réactions uniques
� Endothermiques: T élevée (réversible ou non)� Exothermiques: T élevée (irréversible) et T basse (réversible)
� Réactions multiples (k1: produit ; k2: sous-produit)
� Taux d’augmentation de k1(T) > k2(T) – favoriser T élevée� Taux d’augmentation de k1(T) < k2(T) – favoriser T faible
� Compromis: sélectivité augmente mais vol. réacteur aussi!
Contrôle de température (CSTR)
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Contrôle de température (PF)
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Pression
� En général, si P augmente, vitesse de réaction augmente
� Réduction du volume du réacteur� Coûts capitaux plus élevés
� Réactions réversible : principe de Le Châtelier
� Utiliser diluant (inerte) lorsque nécessaire
Phase
� Si possible phase liquide
� Plus facile d’obtenir des concentrations élevées� Transfert de chaleur peut être plus efficace� Volume des réacteurs plus faible
Catalyseur
� Types
� Introduit directement dans le mélange « bulk » - CSTR� Supporté (fixe) – PF� Contrôle de la diffusion ou de la réaction ?
� Problèmes de désactivation
� Dégradation physique� Encrassement de surface (dépôts – re-génération possible)� Frittage à haute température (« hot-spots »)� Empoisonnement (réaction chimique avec catalyseur)