Génie de la réaction chimique (Traité de génie des procédés)

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Description

Les sept premiers chapitres de cet ouvrage présentent les principaux concepts permettant de comprendre le comportement des réacteurs chimiques, d'interpréter des résultats de laboratoire ou d'installation pilote, et de dresser les contours des problèmes d'extrapolation et de sécurité. Les notions concernant la cinétique chimique, les bilans de matière et de chaleur, les réacteurs idéaux, le macromélange et le micromélange, les transferts entre phases sont présentées progressivement et illustrées par de nombreux exemples issus de la chimie de spécialité ou des grands intermédiaires. Les sept chapitres suivants traitent d'applications spécifiques : réacteurs catalytiques diphasiques ou triphasiques, réacteurs fluide-solide non catalytiques, cuve agitée homogène, réacteurs électrochimiques, de polymérisation, photochimiques. Pour chaque catégorie de réacteurs, les principaux résultats (équations de bilans, corrélations) sont rassemblés dans des tableaux facilitant l'utilisation ultérieure, et les démonstrations intermédiaires sont aussi brèves que possibles. Cet ouvrage est destiné aux chimistes, ingénieurs de procédé, et aux étudiants des 2e et 3e cycles universitaires.
Introduction. Description du mélange et de la stoechiométrie. Bilans de matière globaux. Éléments de cinétique chimique. Bilans détaillés dans les réacteurs idéaux. Réacteurs réels et hydrodynamique. Réaction en milieu hétérogène. Mesures cinétiques. La cuve agitée homogène. Réacteurs catalytiques hétérogènes. Réacteurs à solides consommables. Réacteurs électrochimiques. Réacteurs de polymérisation. Réacteurs photochimiques. Approfondissements. Épilogue. Abaques et autres résultats.

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Date de parution 01 juin 2001
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EAN13 9782743016999
Langue Français

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Génie e la réactio chimique
Daniel Schweich
Coordonnateur
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Volumes à paraître chez le même éditeur : – Génie des procédés – Phénomènes de transfert – Thermodynamique
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© TECHNIQUE & DOCUMENTATION, 2001 ISBN : 2-7430-0459-2
Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l’éditeur ou du Centre Français d’Exploitation du droit de copie (20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et, d’autre part, les analyses et courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’infor-er mation de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (Loi du 1 juillet 1992 – art. L 122-4 et L 122-5 et Code pénal art. 425).
TABLE DES MATIÈRES
1. Introduction 1.1. Les objectifs et le contenu .......................................................................................................... 3 1.2. Guide de lecture.......................................................................................................................... 6
2. Description du mélange réactionnel et de la stoechiométrie 2.1. Introduction ................................................................................................................................ 9 2.2. Description de l'état du mélange réactionnel.............................................................................. 9 2.2.1. Quantités et débits ................................................................................................................ 9 2.2.2. État de référence................................................................................................................. 10 2.2.3. Description de la composition............................................................................................ 10 2.2.4. Autres grandeurs utiles....................................................................................................... 12 2.2.4.1. Débits spécifiques ........................................................................................................ 12 2.2.4.2. Volume, débit volumique et équation d'état ................................................................ 12 2.3. Stoechiométrie .......................................................................................................................... 14 2.3.1. Écriture simplifiée .............................................................................................................. 15 2.3.2. Réactions indépendantes .................................................................................................... 16 2.3.3. Invariants stoechiométriques.............................................................................................. 17
3. Bilans de matière globaux 3.1. Introduction .............................................................................................................................. 21 3.2. Systèmes et sous-systèmes ....................................................................................................... 21 3.3. Forme générale du bilan matière .............................................................................................. 22 3.3.1. Bilan au noeud.................................................................................................................... 23 3.3.2. Résolution des bilans en système ouvert en régime permanent ......................................... 24 3.4. Conversion, fraction résiduelle et avancement de réaction ...................................................... 25 3.4.1. Conversion et fraction résiduelle........................................................................................ 25 3.4.2. Avancement de réaction ..................................................................................................... 26 3.4.3. Propriétés de la conversion et des avancements................................................................. 28 3.5. Débit de production chimique apparent et vitesse apparente ................................................... 29 3.6. Système ouvert en régime permanent - Recyclage, purge, court-circuit .............................................................................................................................. 31 3.6.1. Recyclage ........................................................................................................................... 31 3.6.2. Purge................................................................................................................................... 33 3.6.3. Court-circuit ....................................................................................................................... 33 3.7. Volume et débit volumique ...................................................................................................... 34
II
GÉNIEDELARÉACTIONCHIMIQUE
4. Éléments de cinétique chimique 4.1. Introduction .............................................................................................................................. 39 4.2. Débit de production chimique d'une espèce et vitesse de réaction - Caractéristiques générales ................................................................................................................................... 39 4.2.1. Définitions - Unités ............................................................................................................ 39 4.2.2. Lois cinétiques.................................................................................................................... 41 4.2.2.1. Structure de base .......................................................................................................... 41 4.2.2.2. Ordre de réaction.......................................................................................................... 41 4.2.2.3. Énergie d'activation...................................................................................................... 42 4.2.2.4. Mécanismes - État quasi stationnaire - Étape déterminant la vitesse .......................... 43 A - État quasi stationnaire ...................................................................................................... 44 B - Étape déterminant la vitesse............................................................................................. 45 4.3. Mécanismes des réactions homogènes ..................................................................................... 46 4.3.1. Réactions par stades ........................................................................................................... 46 4.3.2. Réactions en chaîne ............................................................................................................ 46 4.3.3. Catalyse homogène ............................................................................................................ 49 4.3.4. Réactions enzymatiques ..................................................................................................... 51 4.3.4.1. Le modèle de Michaelis-Menten ................................................................................. 51 4.3.4.2. Influence de la température et du pH ........................................................................... 51 4.3.5. Réactions photochimiques.................................................................................................. 52 4.3.5.1. Processus élémentaire photochimique - Acte photochimique primaire....................... 52 4.3.5.2. Réactions photochimiques globales ............................................................................. 54 A - Réactions photochimiques par stades .............................................................................. 54 B - Réactions photochimiques en chaîne ............................................................................... 54 4.3.6. Réactions en phase liquide - Corrélations .......................................................................... 55 4.3.6.1. Processus ioniques en solution..................................................................................... 55 A - Influence de la permittivité relative............................................................................. 55 r B - Influence de la non-idéalité des solutions ........................................................................ 56 4.3.6.2. Processus non ioniques en solution - Effet de solvant ................................................. 56 A - Réactions entre molécules non polaires........................................................................... 56 B - Réactions entre molécules polaires .................................................................................. 57 4.3.6.3. Corrélations.................................................................................................................. 57 A - Corrélations réactivité-structure ...................................................................................... 57 B - Corrélations réactivité-solvant ......................................................................................... 59 4.4. Mécanismes des réactions hétérogènes .................................................................................... 59 4.4.1. Vraie et fausse réaction hétérogène.................................................................................... 59 4.4.2. Catalyse hétérogène - Mécanisme de Langmuir-Hinshelwood.......................................... 60 4.4.3. Réactions hétérogènes non catalytiques ............................................................................. 63 4.4.4. Réactions électrochimiques................................................................................................ 64 4.4.4.1. Vitesse de réaction et intensité électrique - Loi de Faraday ........................................ 64 4.4.4.2. Énergie électronique et potentiel d'électrode ............................................................... 65 A - Potentiel d'équilibre ......................................................................................................... 66 B - Potentiel hors équilibre .................................................................................................... 66 4.4.4.3. Expression de la vitesse - Relation entre intensité et potentiel .................................... 66 4.4.4.4. Surtension et densité de courant d'échange - Loi de Butler-Volmer ........................... 68 4.4.4.5. Application aux procédés - Variante de la loi de Butler-Volmer ................................ 68 4.4.4.6. Réaction irréversible .................................................................................................... 69 4.4.4.7. Réaction par stades ...................................................................................................... 69
5. Bilans détaillés dans les réacteurs idéaux 5.1. Introduction .............................................................................................................................. 73 5.2. Bilans de matière détaillés ........................................................................................................ 74 5.2.1. Équations de base - Représentations graphiques................................................................ 74 5.2.1.1. Le réacteur fermé ......................................................................................................... 74
TABLEDESMATIÈRES
III
5.2.1.2. Le réacteur agité continu en régime permanent ........................................................... 76 5.2.1.3. Le réacteur piston en régime permanent ...................................................................... 79 5.2.1.4. Représentations graphiques et remarques complémentaires........................................ 81 5.2.1.5. La cascade de réacteurs agités continus....................................................................... 81 5.2.1.6. Le réacteur piston à recyclage...................................................................................... 83 5.2.1.7. Le réacteur semi-fermé ................................................................................................ 84 5.2.1.8. Réacteur continu à alimentation étagée ....................................................................... 85 5.2.2. Maîtrise de la conversion ................................................................................................... 87 5.2.2.1. Optimisation de la conversion ..................................................................................... 87 5.2.2.2. Transposition entre réacteurs ....................................................................................... 88 5.2.3. Réactions multiples et sélectivité ....................................................................................... 89 5.2.3.1. Définitions.................................................................................................................... 89 5.2.3.2. Réactions parallèles ..................................................................................................... 92 5.2.3.3. Réactions successives .................................................................................................. 93 5.2.3.4. Réactions mixtes .......................................................................................................... 94 5.2.3.5. Règles générales........................................................................................................... 95 5.2.3.6. Réactions non indépendantes ....................................................................................... 96 5.2.4. Remarque méthodologique ................................................................................................ 96 5.3. Bilans d'énergie ........................................................................................................................ 97 5.3.1. Bilan global d'enthalpie...................................................................................................... 99 5.3.2. Réacteur isotherme - Choix de la température ................................................................. 100 5.3.3. Bilan détaillé - Chaleur sensible....................................................................................... 101 5.3.4. Technologies d'échange thermique - Caractérisation et choix ......................................... 105 5.3.5. Réacteurs ouverts adiabatiques ........................................................................................ 109 5.3.5.1. Réaction unique exothermique équilibrée ................................................................. 109 5.3.5.2. Réactions uniques et successives en réacteur agité continu....................................... 112 5.3.6. Réacteur agité continu avec échange thermique .............................................................. 114 5.3.7. Emballement thermique - Stabilité................................................................................... 116 5.3.7.1. Réacteur fermé ........................................................................................................... 117 5.3.7.2. Le réacteur semi-fermé .............................................................................................. 119 5.3.7.3. Le réacteur piston....................................................................................................... 122 5.3.7.4. Le réacteur agité continu............................................................................................ 124 5.4. Études de cas .......................................................................................................................... 127 5.4.1. Oxydation de l'anhydride sulfureux en anhydride sulfurique .......................................... 127 5.4.1.1. Réacteur piston isotherme.......................................................................................... 129 5.4.1.2. Réacteur piston étagé adiabatique avec échangeurs intermédiaires........................... 129 5.4.1.3. Réacteur piston étagé adiabatique avec trempe par du réactif frais ........................... 129 5.4.2. Décarboxylation de chloroformiates ................................................................................ 131 5.4.2.1. Fonctionnement en réacteur fermé isotherme............................................................ 131 5.4.2.2. Fonctionnement en réacteur semi-fermé.................................................................... 132
6. Réacteurs réels et hydrodynamique 6.1. Introduction ............................................................................................................................ 137 6.2. Macromélange - Distribution des temps de séjour ................................................................. 137 6.2.1. Traçage d'un fluide ........................................................................................................... 137 6.2.2. Distribution des temps de séjour ...................................................................................... 138 6.2.2.1. Propriétés - Conséquences sur les techniques de mesure .......................................... 140 6.2.2.2. Cas des réacteurs idéaux ............................................................................................ 141 6.2.2.3. Mesure de débit et de volume - Diagnostics de fonctionnement ............................... 142 6.2.3. Modélisation macroscopique de l'écoulement en réacteur réel ........................................ 143 6.2.3.1. Modèle des filets en parallèle .................................................................................... 144 6.2.3.2. Association de réacteurs idéaux................................................................................. 145 6.2.4. Applications à la réaction chimique ................................................................................. 148 6.2.4.1. Réactions du premier ordre - Conversion et rendement en isotherme ....................... 148
IV
GÉNIEDELARÉACTIONCHIMIQUE
6.2.4.2. Méthode du modèle.................................................................................................... 149 6.3. Micromélange ......................................................................................................................... 150 6.3.1. État de ségrégation du fluide - Temps de micromélange ................................................. 151 6.3.2. Échelles de ségrégation .................................................................................................... 152 6.3.3. Performance des réacteurs en présence de limitation par le micromélange..................... 154 6.3.3.1. Précocité du mélange ................................................................................................. 155 6.3.3.2. Décroissance de ségrégation ...................................................................................... 157 A - Modèle de Coalescence-reDispersion - CD................................................................... 157 B - Modèle d'Interaction par Échange avec la Moyenne - IEM........................................... 158 C - Modèle d'Incorporation-Diffusion - ID.......................................................................... 158 D - Performance d'un réacteur agité continu........................................................................ 160 6.3.4. Caractérisation expérimentale des phénomènes de micromélange .................................. 162 6.3.5. Extrapolation .................................................................................................................... 164 6.4. Écoulement en réacteur tubulaire - Fluide unique.................................................................. 165 6.4.1. Modèles d'écoulement ...................................................................................................... 165 6.4.1.1. Conséquence de la dispersion sur la réaction chimique............................................. 169 6.4.1.2. Estimation de la dispersion axiale.............................................................................. 170 6.4.2. Perte de charge ................................................................................................................. 170 6.5. Annexes .................................................................................................................................. 172 6.5.1. Transformation de Laplace et dynamique des systèmes .................................................. 172 6.5.2. Démonstration de (6-35) .................................................................................................. 175
7. Réaction en milieu hétérogène 7.1. Introduction ............................................................................................................................ 179 7.2. Diffusion de matière et conduction thermique ....................................................................... 180 7.2.1. Lois et paramètres de base ............................................................................................... 180 7.2.2. Lois simplifiées et coefficients de transfert...................................................................... 181 7.3. Compétition réaction-transferts en catalyse hétérogène ......................................................... 186 7.3.1. Diffusion interne et externe.............................................................................................. 187 7.3.2. Compétition entre réaction et transfert externe en isotherme .......................................... 188 7.3.3. Compétition entre réaction et transfert interne en isotherme - Cinétique intrinsèque connue .............................................................................................................................. 190 7.3.4. Compétition entre réaction et transfert interne en isotherme - Cinétique apparente connue .............................................................................................................................. 193 7.3.5. Transferts interne et externe en compétition avec la réaction en isotherme .................... 194 7.3.5.1. Estimation de la vitesse apparente à cinétique intrinsèque connue ........................... 194 7.3.5.2. Estimation de la vitesse intrinsèque à cinétique apparente connue ........................... 195 7.3.6. Effets thermiques.............................................................................................................. 197 7.3.6.1. Résistance interne au transfert de chaleur.................................................................. 197 7.3.6.2. Résistance externe au transfert de chaleur ................................................................. 197 7.3.7. Règles pratiques ............................................................................................................... 198 7.3.8. Réactions multiples - Sélectivité ...................................................................................... 200 7.3.9. Cas général ....................................................................................................................... 202 7.4. Réaction fluide-solide non catalytique ................................................................................... 202 7.4.1. Consommation uniforme en l'absence de limitation diffusionnelle ................................. 205 7.4.2. Coeur rétrécissant ............................................................................................................. 206 7.4.2.1. Coeur rétrécissant avec élimination des produits solides .......................................... 208 7.4.2.2. Particule enrobée d'un produit solide poreux - Géométrie invariable........................ 209 7.4.2.3. Système à deux échelles de taille............................................................................... 212 7.4.3. Bilans en réacteur idéal .................................................................................................... 214 7.4.4. Autres situations ............................................................................................................... 215 7.5. Désactivation des catalyseurs ................................................................................................. 217 7.5.1. Mécanisme et fonction de désactivation .......................................................................... 217 7.5.2. Cinétique intrinsèque de désactivation............................................................................. 219
TABLEDESMATIÈRES
V
7.5.3. Désactivation et diffusion de matière à l'état quasi stationnaire ...................................... 221 7.5.3.1. Désactivation uniforme .............................................................................................. 223 7.5.3.2. Désactivation en coeur rétrécissant............................................................................ 224 7.5.3.3. Évolution de l'activité moyenne................................................................................. 225 A - Désactivation uniforme.................................................................................................. 226 B - Désactivation en coeur rétrécissant................................................................................ 226 C - Approche empirique....................................................................................................... 226 7.5.4. Bilans en réacteur idéal .................................................................................................... 227 7.5.4.1. Réacteur fermé au catalyseur et ouvert au fluide ....................................................... 227 7.5.4.2. Réacteur ouvert au catalyseur et au fluide ................................................................. 228 7.5.5. Effet de la désactivation sur la sélectivité ........................................................................ 229 7.6. Réactions gaz-liquide ............................................................................................................. 230 7.6.1. Diffusivités et solubilité ................................................................................................... 230 7.6.2. Transfert de matière gaz-liquide sans réaction................................................................. 231 7.6.3. Transfert de matière avec réaction - Réaction unique isotherme ..................................... 233 7.6.3.1. Réaction sans produit gazeux d'ordre 1-1 .................................................................. 234 A - Régime de réaction lente dans le film - Ha < 0.3 .......................................................... 235 B - Le régime de pseudo-premier ordre ............................................................................... 237 C - Le régime de réaction instantanée.................................................................................. 240 D - Résistance de transfert côté gaz - Régime de réaction de surface ................................. 240 7.6.3.2. Réaction sans produit gazeux de cinétique intrinsèque quelconque .......................... 241 7.6.3.3. Incidences du modèle de transfert.............................................................................. 243 7.6.3.4. Vitesse apparente de réaction..................................................................................... 244 7.6.3.5. Règles et calculs pratiques - Réactions irréversibles ................................................. 245 A - Cinétique intrinsèque connue......................................................................................... 246 B - Débit de gaz transféré connu.......................................................................................... 247 7.6.4. Méthode du sulfite............................................................................................................ 247 7.6.4.1. Détermination de l'aire interfaciale ............................................................................ 249 7.6.4.2. Détermination du coefficient de transfert volumique k a ......................................... 249 L 7.6.4.3. Détermination simultanée de a et k a ........................................................................ 250 L 7.6.5. Réactions multiples .......................................................................................................... 250 7.6.6. Effets thermiques.............................................................................................................. 251 7.6.7. Effets superficiels ............................................................................................................. 252 7.6.8. Désorption de produits gazeux ......................................................................................... 252 7.7. Réaction catalytique gaz-liquide-solide.................................................................................. 252 7.7.1. Cinétique intrinsèque de réaction connue ........................................................................ 253 7.7.2. Cinétique apparente de réaction connue........................................................................... 255 7.7.3. Commentaires complémentaires ...................................................................................... 255 7.8. Étude de cas ............................................................................................................................ 255 7.8.1. Diffusion interne dans la synthèse du phosgène .............................................................. 255 7.8.2. Commentaires sur la loi cinétique intrinsèque ................................................................. 259 7.8.3. Diffusion externe dans la synthèse du phosgène.............................................................. 259 7.9. Annexes .................................................................................................................................. 260 7.9.1. Diffusion et conduction .................................................................................................... 260 7.9.2. Démonstration de (7-52) à (7-54)..................................................................................... 262 7.9.3. Démonstration de (7-201) ................................................................................................ 264
8. Mesures cinétiques 8.1. Introduction ............................................................................................................................ 269 8.2. Études préliminaires ............................................................................................................... 269 8.3. Choix du réacteur d'étude cinétique ....................................................................................... 271 8.3.1. Gamme de conversion ...................................................................................................... 271 8.3.2. Mode de fonctionnement différentiel ou intégral............................................................. 272 8.3.3. Réactions non photochimiques en phase homogène ........................................................ 272
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GÉNIEDELARÉACTIONCHIMIQUE
8.3.4. Réactions hétérogènes ...................................................................................................... 274 8.3.4.1. Réactions catalytiques hétérogènes - Un seul fluide.................................................. 274 A - Catalyseur d'activité stable ............................................................................................ 274 B - Désactivation du catalyseur ........................................................................................... 275 8.3.4.2. Réactions gaz-liquide-solide catalytiques.................................................................. 276 8.3.4.3. Réactions gaz-liquide................................................................................................. 278 8.3.4.4. Réactions liquide-liquide et apparentées ................................................................... 280 8.3.4.5. Réactions entre un fluide et un solide consommable................................................. 280 8.3.4.6. Réaction électrochimique........................................................................................... 281 8.3.5. Réactions photochimiques................................................................................................ 282 8.3.6. Autres réactions................................................................................................................ 282 8.4. Modélisation cinétique ........................................................................................................... 282 8.4.1. Position du problème........................................................................................................ 282 8.4.1.1. Forme du modèle ....................................................................................................... 283 8.4.1.2. Mesure de l'incertitude ............................................................................................... 284 8.4.1.3. Méthode des moindres carrés - Pondération des mesures ......................................... 284 8.4.2. Identifiabilité .................................................................................................................... 286 8.4.3. Intervalle et domaine de confiance................................................................................... 286 8.4.3.1. Cas d'une mesure........................................................................................................ 286 8.4.3.2. Cas des paramètres d'un modèle ................................................................................ 287 8.4.3.3. Sensibilité du modèle aux conditions opératoires...................................................... 288 8.4.4. Planification des expériences ........................................................................................... 293 8.4.5. Rejet et discrimination de modèles .................................................................................. 295 8.4.6. Remarques sur les plans d'expérience .............................................................................. 297 8.5. Conclusion .............................................................................................................................. 297
9. La cuve agitée homogène 9.1. Introduction ............................................................................................................................ 299 9.2. Objectifs et nature de l'agitation ............................................................................................. 299 9.2.1. Les objectifs ..................................................................................................................... 299 9.2.2. Classification des mobiles en fonction de la nature de l'écoulement engendré ............... 300 9.3. Variables et caractéristiques globales de la cuve agitée homogène ....................................... 301 9.3.1. Éléments d'hydrodynamique globale ............................................................................... 301 9.3.1.1. Le vortex .................................................................................................................... 302 9.3.1.2. Les nombres de puissance et de débit ........................................................................ 302 9.3.1.3. L'analogie mobile-pompe........................................................................................... 304 9.3.1.4. Règles élémentaires d'extrapolation........................................................................... 305 9.3.2. Le mélange ....................................................................................................................... 306 9.3.2.1. Macromélange - Temps de mélange ou d'homogénéisation ...................................... 306 9.3.2.2. Micromélange en régime turbulent - Hétérogénéité de dissipation ........................... 308 9.3.3. Le transfert thermique ...................................................................................................... 309 9.3.3.1. Rappels....................................................................................................................... 309 9.3.3.2. Dispositifs de transfert thermique .............................................................................. 310 A - Les dispositifs externes de paroi .................................................................................... 310 B - Les dispositifs internes immergés .................................................................................. 313 9.3.3.3. Résistances de paroi et résistances d'encrassement ................................................... 315 A - Résistance de paroi ........................................................................................................ 316 B - Résistance d'encrassement ............................................................................................. 316 9.3.3.4. Mode de corrélation de h ....................................................................................... 318 Iint A - Régime turbulent et intermédiaire. ................................................................................ 318 B - Régime laminaire et intermédiaire. ................................................................................ 319 9.4. Prise en compte de la rhéologie du fluide............................................................................... 319 9.4.1. Rappels ............................................................................................................................. 319 9.4.2. Méthode de Metzner et Otto............................................................................................. 321
TABLEDESMATIÈRES
VII
9.4.2.1. Détermination de la correspondance.......................................................................... 321 9.4.2.2. Détermination de la puissance requise....................................................................... 322 9.5. Annexe - Mobiles d'agitation.................................................................................................. 322 9.5.1. Régime turbulent .............................................................................................................. 322 Les turbines disquées de Rushton ............................................................................................ 322 Les turbines à pales droites sans disque................................................................................... 323 Les turbines à pales inclinées................................................................................................... 323 Les mobiles axiaux profilés ..................................................................................................... 323 Les mobiles revêtus.................................................................................................... 325 9.5.2. Influence de la viscosité - Régime de transition .............................................................. 325 9.5.3. Le cas des très fortes viscosités........................................................................................ 326 Les vis d'Archimède ................................................................................................................ 326 Régime laminaire ................................................................................................................. 326 Régime intermédiaire ........................................................................................................... 327 Les rubans hélicoïdaux ............................................................................................................ 328 Régime laminaire ................................................................................................................. 328 Régime intermédiaire. .......................................................................................................... 329 Les mobiles tangentiels............................................................................................................ 329 Régime laminaire ................................................................................................................. 329 Régime intermédiaire et turbulent........................................................................................ 329
10. Réacteurs catalytiques hétérogènes 10.1. Introduction ............................................................................................................................ 331 10.2. Lit fixe - Fluide unique ........................................................................................................... 333 10.2.1. Modèles de dimensionnement .......................................................................................... 333 10.2.1.1.Les modèles pseudo-homogènes - PH ....................................................................... 335 A - Modèle piston - PH1 ...................................................................................................... 335 B - Modèle piston dispersif - PH2 ....................................................................................... 336 C - Modèle piston avec profils radiaux - PH3 ..................................................................... 337 10.2.1.2.Les modèles hétérogènes - HT................................................................................... 338 A - Modèle piston avec résistance externe - HT1 ................................................................ 338 B - Modèle HT2 ................................................................................................................... 339 C - Modèle hétérogène avec profils radiaux - HT3 ............................................................. 339 10.2.1.3.Modèle à profil radial de porosité - PRP ................................................................... 340 10.2.1.4.Commentaires concernant les modèles...................................................................... 342 10.2.2. Paramètres des modèles ................................................................................................... 342 10.2.2.1.Transferts fluide-solide .............................................................................................. 343 10.2.2.2.Transfert de chaleur radial ......................................................................................... 343 10.2.2.3.Transfert de chaleur à la paroi ................................................................................... 345 10.2.2.4.Transfert de matière radial ......................................................................................... 347 10.2.2.5.Dispersion et conduction axiales ............................................................................... 347 10.2.2.6.Paramètres du modèle PRP........................................................................................ 348 10.3. Lit fluidisé et transporté - Fluide unique ................................................................................ 349 10.3.1. Rappel sur les poudres et les régimes hydrodynamiques ................................................. 349 10.3.2. Modèle à deux phases du lit fluidisé ................................................................................ 351 10.3.3. Autres modèles et compléments....................................................................................... 355 10.3.4. Transfert de chaleur.......................................................................................................... 358 10.3.4.1.Transfert gaz-solide à l'échelle de la particule........................................................... 358 10.3.4.2.Transfert entre les phases bulle et dense.................................................................... 358 10.3.4.3.Transfert entre le lit et un objet immergé .................................................................. 359 10.3.4.4.Transfert entre le lit et la paroi................................................................................... 360 10.3.5. Lit transporté .................................................................................................................... 360 10.3.5.1.Vitesse de glissement................................................................................................. 361 10.3.5.2.Vitesse et fraction de volume occupée par le catalyseur ........................................... 362