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

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Réactions multiples série

� Minimiser [PRODUIT] pour maximiser la sélectivité!

� Opérer à faible conversion (court temps de séjour), typiquement 50%

� Favoriser le PF (ou batch)

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Réactions multiples mixtes

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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)