Calcul Réacteurs_chap1 (1)

8/10/2019 Calcul Racteurs_chap1 (1)

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Calcul des racteurs

MODULE C 506

Responsable : Pr. Mahacine Amrani

Pr. MAHACINE AMRANI calcul de racteurs 2014/2015

Royaume du Maroc

Universit Abdelmalek Essadi

Facult des Sciences et TechniquesTanger

Dpartement de Chimie

24/09/2014 1


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CHAP 1

Introduction gnrale et

dfinitions

24/09/2014 2Pr. MAHACINE AMRANIcalcul de racteurs

2014/2015


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I- Introduction

Gnie des industries chimiques = Application

des sciences physiques, chimiques, biologiques

et conomiques aux domaines qui ont trait aux

procds pour oprer sur la matire.

Produit fini= succession doprations distinctes

et cohrentes isolables de lensemble :

Cest les oprations unitaires

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Toute opration unitaire est soit:

Un transfert de matire

Un transfert de chaleur

Un transfert de quantit de mouvement

Ou une combinaison de tous ces transferts



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Un processus industriel est caractris par une

entre et une sortie.

Pour connaitre le fonctionnement dune unit

et surtout pour le prvoir, il est ncessaire de

connaitre toutes les relations qui existent

entre les facteurs qui rgissent ce

fonctionnement:

Cest le GENIE DES PROCEDES INDUSTRIELS



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Entre

1. Paramtres opratoires:

P, T, concentrations, dbits,

nature des ractifs.

2. Donnes thermodynamiques et cintiques.

3. Donnes de transfert M C QM

4.Donnes hydrodynamiques :circulation et

mise en contact des phases.

5. Structure gomtrique du racteur.



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Sortie

Nature des produits

Taux de conversion

Distribution des produits Rendement des oprations



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En gnral

Gnie des industries chimiques:

Connaitre le comportement des racteurs

Concevoir de nouveaux racteurs

Diagnostiquer et amliorer les performances de

racteurs existants



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II- Dfinitions des paramtres usuels

Considrons une phase dans laquelle a lieu

une transformation chimique.

Cette phase est dfinie si on connait P, T et la

composition en tout point.

Soit A1, A2, .Aj,AN Les N constituants

chimiques actifs qui participent aux ractions.



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IA....A.A.I...A.A. NN1J1Jjj2211



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IA....A.A.I...A.A. NN1J1Jjj2211



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1- Rappels et notations

nj Nombre de moles du constituant Aj

mj= nj* Mj Masse du constituant Aj Cj = nj/V Concentration du constituant Aj

xj = nj/n titre molaire avec n =S nj+n Inertes

rj = mj/V Masse volumique partielle



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On dfinit un tat de rfrence pour les oprations

considres : en gnral tat initial de la phase.

n0= nbre total de constituants actifs ltat de

rfrence.

n0 =Sn0j

pseudo titre molaire yj = nj /n0



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2- vitesse de raction

Qt de matire transforme par unit de temps etpar unit dune variable extensive qui dpend du Pb:masse, volume, surface

Elle correspond un dbit spcifique detransformation chimique.

Elle sera note r (rate of reaction)

Elle obit aux propositions rsums par M.Boudart

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A temprature cste, et pour une raction

irrversible la vitesse est fct dcroissante de

lavancement. Pour une raction irrversible,

K indpendante de la composition et F fonction

des C ou P partielles. En gnral,

jordre partiel de la raction par rapport auconstituant actif Aj souvent nombre entier

jCFkr

j

jjjCCF

a



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K varie en fonction de la temprature selon la

Loi dArrhniusEnergie dactivation

Si la raction quilibre, 1

2

r= r1r2

La cste dquilibre est lie k1et k2

RT

Ekk exp0



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3- description dune phase en volution

Considrons un mlange en coulement

travers une section droite fixe W, en labsence

de diffusion on dfinit:

Flux ou dbit volumique Q

Flux ou dbit massique Qm

Flux ou dbit molaire F

On notera FjpourAjetFI pour les inertes

F total = SFj+ FI



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Systme ferm Systme ouvert

Concentration molaire volumique

Concentration molaire massique

Masse volumique partielle

Titre molaire

Pseudo titre partiel

Masse volumique

Pression partielle



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Systme ferm Systme ouvert

Concentration molaire volumique nj/V Fj/V

Concentration molaire massique nj/m Fj/Q

Masse volumique partielle mj/V Qmj/Q

Titre molaire nj/n Fj/F

Pseudo titre partiel nj/n0 Fj/F0

Masse volumique m/V Qm/Q

Pression partielle nj RT/V Fj RT/Q



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4- dbit de transformation

Considrons une transformation chimique

dfinie par un systme de ractions:

Ou encore

Aj est produit par la raction i si

Aj est consomm par la raction i si

IAAAIAA NNJJjj ........... 112211

0. jij A



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Le dbit de transformation de Aj de part la

raction i est Rj

les ri sont toutes positives car on crit les

stichomtries dans le sens ou elles se

produisent



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5- notion davancement

Considrons un mlange ractionnel, voluant

sans change de matire avec le milieu extrieur

et de composition suppose uniforme

On dfinit lavancementde la raction x par



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L inconvnient de cette mthode est que xa

une dimension dpendant de la quantit

initiale des ractifs

Il est frquent quun ractif joue un rle

particulier ou que lon dsire suivre

particulirement son volution

On dfinit alors le ractif cl etle taux de

conversion xcl

ncl = ncl= n0

cl(1- xcl)



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Exemple : soit la raction de Deacon, crite en

notation classique qui ne prjuge pas dumcanisme cintique :

4 HCl + O2 = 2 Cl2 + 2 H2O (1)

Exprimer le nombre de moles des diffrents

constituants en fonction de lavancement etdu taux davancement.



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En syst ouvert, et en rgime permanent (pas

daccumulation),on peut crire en tout point de

lcoulement permanent (fig 1):



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6- cas de ractions en phase gazeuse

Hypothse des Gaz Parfaits:

Dans le craquage du butane, on part dune mole

et on obtient 2, ce qui aura une influence sur

les P et C

Donc tout changement de T et P va induire des

changements notables sur les concentrations.



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Si on note

la diffrence stchiomtrique entre ractifs et produits, on peut

crire alors

On dfinit un tat de rfrence pour le volume du gaz

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La pression partielle des inertes scrit:

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calcul de racteurs24/09/2014

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