Chapitre I 1- Rappel de cinétique chimique

1-1- Lois cinétiques :

La vitesse de réaction est une fonction d’état qui dépend la composition locale instantanée et de

variable d’état telles que la pression (P) et la température (T), mais aussi de l’intensité lumineuse,

du potentiel électrique, etc. c’est cette fonction qui est une propriété intrinsèque du système

chimique. La détermination de la structure de cette fonction relève de l’étude des mécanismes

réactionnels dont l’exposé sort du cadre du présent cours de l’année passée (semestre passé).

1-2- Vitesse des réactions chimiques :

La vitesse d’une réaction chimique est la quantité de la matière transformée (ou formée) par

unité du temps et par unité d’une extensité qui dépend la réaction considérée : volume (réaction

homogène), masse ou surface (réaction de catalyse hétérogène), etc. La vitesse mesure donc un

débit spécifique de transformation (ou de formation) chimique. Le terme anglais rate étant mieux

adapté que le terme français très vague de vitesse, nous avons décidé de désigner par r la vitesse de

réaction.

De nombreux auteurs se contentent d’appliquer cette définition au cas particulier des réactions

homogènes se produisant en réacteur fermé à volume constant, définissant la vitesse instantanée r

comme la vitesse de décroissance de la concentration d’un réactif : A → B rA= -dCA /dt ou de

croissance de la concentration d’un produit : rB = dCB /dt

D’autre écriture de la vitesse de la réaction chimique : rA = k.CAn où n est représente l’ordre de la

réaction et k la constante de la vitesse de cette réaction chimique.

1-3- Réactions :

Diverses caractéristiques des réactions chimiques sont utilisées pour leur classement. On

distingue par exemple :

a)- Les réactions élémentaires et les réactions complexes :

Les réactions chimiques peuvent se produire en une seule étape (réactions élémentaires) ou

nécessiter plusieurs étapes (réactions complexes). Une catégorie particulièrement importante de ces

dernières est constituée par les réactions catalytiques.

b)- Les réactions réversibles (ou inversibles) et les réactions irréversibles :

Les termes réversibles et inversibles (ou encore renversables) signifient que les réactions sont

possibles dans les deux sens (direct et inverse). L’utilisation d’inversibles est préférable, réversibles

1

étant réservé en thermodynamique aux transformations passant par une suite infinie d’état

d’équilibre.

Industriellement, les conditions opératoires sont choisies de manière à ce que l’équilibre soit

totalement déplacé (réactions dites irréversibles), en tout cas le plus possible, vers la formation des

produits désirés. Par ailleurs, il est évidemment essentiel avant toute étude cinétique, de vérifier que

la réaction est thermodynamiquement possible dans les conditions opératoires choisies ou

inversement de choisir les conditions opératoires qui permettent d’obtenir à l’équilibre

thermodynamique une quantité acceptable du produit souhaité.

c)- Les réactions à stœchiométrie unique et les réactions à stœchiométrie multiples :

Le (ou les) réactif(s) se transforme(nt) généralement par plusieurs voies (réactions

compétitives), les produits formés pouvant également se transformer (réactions successives).

Dans certains cas, les réactions non désirées sont suffisamment lentes pour être négligées. La

transformation chimique souhaitée, dite à stœchiométrie unique, peut alors être décrite par une

seule équation de bilan indiquant le nombre de moles consommées et produites (équation

stœchiométrique). Un seul paramètre, l’avancement de la réaction, suffit pour décrire la

composition du mélange réactionnel.

A+B → 2 C ou 2 C -A- B = 0.

Si les réactions secondaires ne sont pas négligeables, plusieurs équations stœchiométriques sont

nécessaires. Par exemple, pour la transformation compétitive de A en B et C, deux équations

doivent être écrite : A → B B-A = 0, A → C C-A = 0.

Pour cette transformation, dite à stœchiométrie multiple, plusieurs paramètres sont nécessaires

pour décrire la composition du mélange réactionnel. Le choix des conditions opératoires optimales

résulte alors d’un compromis entre la vitesse de formation du produit souhaité et la sélectivité de sa

formation.

d)- Les réactions exothermiques et les réactions endothermiques :

Les paramètres sont généralement des réactions de condensation, les secondes des réactions des

coupures. Enfin, les réactions de réarrangement sont presque athermiques.

e)- Les réactions homogènes et les réactions hétérogènes :

Les réactions chimiques peuvent se produire dans une seule phase (réactions homogènes) ou à

la frontière entre des phases différentes : gaz-liquide, liquide-liquide, gaz-solide, liquide-solide,

solide-solide (réactions hétérogènes). L’une de ces phases peut être catalyseur de la réaction.

On peut dire que : la transformation chimique : c’est une réaction chimique : une équation se

forme stœchiométrique ou : Σ γj Aj = 0 pour stœchiométrie simple.

γj : coefficients stœchiométriques des constituants Aj.

2

γj > 0 pour les produits. 

γj < 0 pour les réactifs.

γ1 A1 +  γ2 A2 + γ3 A3+………………+ γP AP = 0.

Tableau I : Classification des transformations chimiques.

Critères Type de réaction Exemples Industriels

Phase en

présence

Homogènes (1 phase)

Hétérogènes : (2 phases)

(3 phases)

(4 phases)

-Chloration de l’éthylène-vapocraquage.

-Absorption de CO2 dans les éthanolamines

(g/l).

-Nitration des aromatiques (l/l).

-Grillage des pyrites (g/s).

-Synthèse de NH3 (g/s).

-Hydrodésulfuration d’une coupe pétrolière

(g/l/s).

-Biosynthèse de protéines (g/l1/l2/s).

Stœchiométrie Stœchiométrie simple

Stœchiométrie multiples (existence des

réactions secondaires).

-Synthèse de SO3, de NH3.

-Chloration de benzène.

Equilibre Irréversibles (dans les conditions

opératoires).

Equilibres (dans les conditions

opératoires).

-Polymérisation du styrène.

-Synthèse du méthanol, du l’urée.

Thermicité Athermiques (ΔH ≈ 0)

Endothermiques (ΔH > 0)

Exothermiques (ΔH < 0)

-Estérification de l’éthanol.

-Déshydrogénation de l’éthylebenzène en

styrène.

-Oxydation l’orthoxylène en anhydride

phtalique.

Sensibilité

aux

conditions

physiques

Facteurs chimiques déterminants

(microcinétique).

Facteurs physiques déterminants :

transfert de matière et de chaleur intra et

inter-phases (macrocinétique), réglage

de la pression et de la température.

-Alkylation de benzène en éthylbenzène.

-Oxydation de l’orthoxylène en anhydride

phtalique.

-Synthèse de NH3, SO3.

1-4- Description du mélange réactionnel et de sont évolution :

La stœchiométrie d’une réaction chimique détermine les proportions suivant lesquelles

réagissent ou se forment les différents constituants appelés actif. Des constituants inertes (I) peuvent 3

être ajoutés au mélange réactionnel, jouant un rôle de diluant ou / et de solubilisant. La

stœchiométrie se traduit par l’écriture d’une équation de bilan :

Ex : A + 2 B → 3 C

Qui indique le nombre de moles d’actifs consommées et produits. Ce bilan peut s’écrire :

3C - A - B = 0

Les nombres 3, -1 et -2 associés à C, A et B sont les nombres stœchiométriques (γ), négatifs

lorsque l’actif est consommé (il est appelé réactif) et positif lorsque il est formé (c’est un produit).

Notons que les réactifs deviennent des produits et vice-versa si la réaction est mise en œuvre en

sens inverse :

Ex : 3 C → A + 2 B ou A + 2 B-3 C = 0

Pour une réaction faisant intervenir j constituants actifs (réactifs et produit) appelés Aj

l’équation stœchiométrique s’écrit donc :

Σ γj Aj = o

2- Classification des réacteurs :

2-1- Quantités et débits :

Les deux grandeurs fondamentales et mesurables permettant de définir la composition d’un

mélange réactionnel sont :

Les quantités de chaque espèce présentes dans un système fermé. Ces équations

peuvent être les nombres de moles (plus rarement de molécules) des espèces ou

d’atomes qui les composent, ou leurs masses.

Les débits ou flux, qui circulent dans des systèmes ouverts. Ces grandeurs s’expriment

en moles (d’espèces ou d’atomes) ou en masses par unité du temps.

La masse molaire Mj relie les grandeurs molaires aux grandeurs massiques :

mj = Mj . nj Qmj = Mj . Fj

Tableau II : Quantités et débits de matière.

Symbole Signification Unité

nj

nt

mj

mt

Fj

Ft

Nombre de moles de l’espèce j

Nombre total de moles

Masse d’espèce j

Masse total

Débit molaire d’espèce j

Débit molaire total

mol

mol

Kg

Kg

mol s-1

mol s-1

4

Qmj

Qmt

Débit massique d’espèce j

Débit massique tota

Kg s-1

Kg s-1

2-2- Etat de référence :

Les réactions chimiques étant à l’origine de modifications des quantités des espèces réactives,

nous venons qu’il est avantageux de définir un état de référence repéré par l’indice 0 pour toutes les

grandeurs utilisée. Cet état arbitraire est choisi en fonction de son aptitude à repérer simplement les

évolutions de composition. Il est défini par :

Des quantités ou débit de référence : nj0 ou Fj0.

La nature de la phase (gaz, liquide et solide) sous laquelle l’espèce se présente à

l’état de référence.

La pression et la température de référence P0 et T0. Le volume dans l’état de

référence V0 (ou le débit volumique Q0) s’en déduit par une équation d’état, pour un

gaz parfait on à : V0 = nt0 R T0 / P0.

L’état TPN (température est pression normales) est défini par : P0 = 101325 Pa, T0 =

273,15 K.

L’état standard par : P0 = 105 Pa et T0 = 298,15 K.

La quantité totale d’actif, ou le débit total d’actif dans l’état de référence :

n0 = Σ nj0, F0 = Σ Fj0 = o j(Actifs)

Où les actifs représentent l’ensemble des espèces subissant les réactions.

Corrélativement, on définit la quantité ou débit d’inertes par :

nI = Σ nj d’inertes, FI = Σ Fj d’inertes

Ces deux dernières grandeurs ne sont pas affectées par les réactions.

2-3- Réacteurs :

Le réacteur est par définition le volume des espèces en réaction (et non le volume du récipient

utilisé). Ainsi dans un réacteur fermé opérant en phase liquide, le volume du mélange réactionnel,

donc du vrai réacteur, est souvent plus petit que le volume du récipient utilisé (Fig.1). Par ailleurs,

un réacteur peut ne pas avoir de parois (Ex : la flamme d’un chalumeau).

5

Figure 1 : Réacteur en phase liquide dans un réacteur fermé.

Les réacteurs peuvent être classés en deux grandes catégories :

Réacteurs fermés dans lesquels il n’y a aucun échange de matière avec le milieu

extérieur.

Réacteurs continus ou dynamiques dans lesquels le mélange réactionnel entre et sort en

permanence.

Les réacteurs continus sont généralement utilisés dans les grands procédés de production des

matières premières de base minérales et organiques de la chimie. Ces réacteurs sont également

employés dans de nombreux procédés de la chimie des intermédiaires et de la chimie fine. En

revanche, les réacteurs fermés, plus avantageux pour la synthèse de petites quantités de produits,

sont très utilisés en chimie pharmaceutique.

La figure 2 indique schématiquement les principaux facteurs gouvernant le fonctionnement

d’un réacteur. Ce sont d’abord les données physicochimiques sur la nature des transformations mise

en jeu : vitesse des réactions, thermicité, présence de l’équilibre, influence de la pression, de la

température, de l’état de dilution sur ces paramètres. Ce sont en suite les données hydrodynamiques

sur l’écoulement des phases et leur mode de mélange et mise en contact. L’hydrodynamique est liée

au phénomène de transfert et de transport de chaleur, de matière et quantité de mouvement qui

accompagnent les réactions.

6

Figure 2 : Facteurs gouvernant le fonctionnement d’un réacteur chimique.

Donc en peut retenir qu’il existe cinq facteurs qui puissant gouverner le fonctionnement d’un

réacteur chimique :

Conditions opératoires.

Données thermodynamiques et cinétiques sur la réaction chimique à mettre en œuvre

au sein de ce réacteur.

Données hydrodynamiques (circulation) et mise au contact des phases.

Données de transfert de matière, de chaleur et de quantité de mouvement.

Structure géométrique du réacteur.

Tableau II : Classification des réacteurs chimiques.

Critères Types de réaction Industriels Exemples

Circulation

du mélange

réactionnel

-Réacteur fermé (pas d’échange de

matière avec l’extérieur).

-Réacteur semi-fermé (une partie de la

charge est ajoutée ou extraite en cours

d’opération.

-Réacteur ouvert (la charge circule dans le

réacteur).

-Polymérisation en discontinu, chimie

fine.

-Chlorations organiques de petits

produits.

-Synthèse et traitement des

intermédiaires pétrochimiques de gros

tonnage.

Evolution

dans le

temps

-Fonctionnement en régime transitoire.

-Fonctionnement en régime permanent.

-Opérations discontinues.

-Démarrage des réacteurs ouverts.

-Marche continue des réacteurs

ouverts.

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Degré de

mélange

des substances

en réaction

-Réacteur parfaitement agité (composition

uniforme, mélange parfait).

-Réacteur en écoulement piston

(progression de la charge en bloc sans

mélange entre tranches successives).

-Co-courant.

-Contre-courant.

-Courant croisés.

-Sulfonations, nitrations et

polymérisations.

-Réacteurs catalytiques tubulaire à lait

fixe.

-Réacteurs tubulaires homogènes en

régime turbulent.

-Hydrodésulfuration catalytique.

-Absorption réactive d’un gaz dans un

réacteur à ruissellement.

-Combustion du charbon sur sole à

bande transporteuse.

2-4- Phase isolée et phase en écoulement :

1. Dans un mélange homogène en système fermé de masse m t et de volume V, la composition

est repérée par :

Le nombre de moles des actifs (nA, nB, nc) et des inertes éventuels (nI).

Leurs concentrations molaires volumiques (CA = nA/V) ou massique (C’A = nA/mt).

Les fractions molaires xA (phase liquide) ou yA (phase gaz) : nA / nt où nt est le

nombre total de moles d’actifs et d’inertes, ou massique : x’A ou y’

A = mA/mt.

En phase gazeuse, on utilise aussi les pressions partielles. Pour un gaz parfait :

PA = Pt yA = CA RT où Pt est la pression totale.

2. Pour un mélange réactionnel en écoulement à travers une section droite S, les grandeurs

instantanées suivantes sont utilisées :

Le débit (ou flux) volumique Q, c'est-à-dire le volume de mélange réactionnel

traversant la section droite S par unité de temps (m3.s-1).

Les débits massiques des actifs (ex : QmA) et des inertes (QmI) et le débit massique

total Qmt (kg s-1).

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Les débits molaires des actifs (FA) et des inertes (FI) et le débit molaire total FI

(mol s-1).

La composition du mélange réactionnel est aussi caractérisée par les concentrations

(CA = FA/Q), les fractions molaires x ou y (FA/Ft), les pressions partielles (dans le cas

des gaz parfaits Pt V = nt R T, soit :

Pt = Ft RT / Q et PA = Pt yA = Ft RT / Q . FA/Ft = FA RT / Q.

Le tableau III montre la correspondance existant entre les grandeurs caractéristiques des systèmes

fermé et des systèmes en écoulement :

Tableau III : Grandeurs descriptives d’un mélange réactionnel en système fermé ou en écoulement,

données pour un constituant A.

Système Fermé En écoulement (ouvert)

-Concentration molaire volumique (CA).

- Concentration molaire massique (C’ A).

-Fraction molaire xA ou yA.

- Fraction massique x’ A ou y’ A.

-Pression partielle (gaz parfait) PA.

nA / V

nA / mt

nA / nt = CA / Ct

mA / mt

nA R T / V

FA / Q

FA / Qmt

FA / Ft = CA / Ct

QmA / Qmt

FA R T / Q

2-5- Avancement d’une réaction :

L’avancement est défini ici sur le cas général d’une réaction faisant intervenir j constituants actifs

(réactifs et produit) appelés Aj, d’équation stœchiométrique.

Réacteur fermé :

On appelle avancement de réaction, le rapport ξ entre la quantité transformée d’un actif

quelconque (réactif ou produit) et le nombre stœchiométrique qui lui correspond. Dans le

réacteur fermé, cet avancement s’écrit donc :

ξ = (nj - nj0) / γj soit nj = nj0 + γj ξ

γA A → Bt = 0 nA0 0

t # 0 nA = nA0 + γA ξ ξ

Où nj et nj0 sont les nombres de moles du constituant actif j pour la valeur de ξ considérée et pour le

mélange de réactif non transformés pris comme référence (ξ = 0), et γj le nombre stœchiométrique.

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Cette équation montre que ξ ne dépond pas de l’actif considéré. Si j est réactif nj - nj0 et γ sont

négatif, si c’est produit, leur valeur est positive.

A + 2B → 3CrA = -dnA / Vdts. r = d ξ / Vdts = rA = -dnA / Vdts

= -dnB / 2Vdts = rB / 2 = dnC / 3Vdts = rC / 3.

Au n0 est le nombre de moles d’actifs : Σj nj0. Le rapport X obtenu est appelé avancement

normalisé : X = (nj - nj0) / n0 γj

Comme ξ, ce nombre X (sans dimension, compris entre 0 et 1), n’est attaché à aucun actif

particulier.

La valeur de ξ que prendrait l’avancement d’un réactif choisi (ex : A) s’il est totalement

consommée (nA = 0, ξ = ξmax). implique que : ξmax = - nA0 / γA et le rapport XA obtenu à : XA

= ξmax γA / - nA0 = (nA0 - nA) / nA0 et nA = nA0 (1- XA).

XA est le taux de conversion du réactif A choisi. Le choix du réactif (réactif clé) est

généralement lie à son coût, l’utilisateur essayant de minimiser la consommation du réactif

le plus coûteux.

Le réactif peu coûteux étant souvent utilisé en excès, sa transformation ne peut pas être

totale, alors que le réactif clé peut, si la réaction est irréversible dans les conditions choisies,

être totalement transformée : nA peut être égal à 0 et la valeur de ξmax peut être obtenue. Le

taux de conversion de ce réactif limitant peut donc varier de zéro à un.

A partir du taux de conversion du réactif clé, le nombre de moles de chaque actif dans le

réacteur peut être déterminé.

A + 2B → 3C mise en œuvre dans un réacteur fermé. Si A est le réactif clé, XA est le taux

de conversion de A, le nombre de moles de A dans le réacteur est donné : nA = nA0 (1- XA),

où nA0 est le nombre de moles de A quand le réactif A n’est pas du tout converti. Le nombre

de moles de A converties est alors : (nA0 - nA) = nA0 XA, celui de B : nB0 – nB, est deux fois

plus grand (= 2 nA0 XA) et le nombre de moles de C formé nC = 3 nA0 XA.

A + 2B → 3C

t = 0 nA0 nB0 0

t # 0 nA0 XA nB0 XB nA0 XA

= nA0 - nA = nB0 – nB

1 mole A → 2 moles de BnA0 XA → nB0 – nB

nB0 – nB = 2 nA0 XA

10

Donc : nB = 2 nA d’où : XA = (nA0 - nA) / nA0 = 2 (nA0 - nA) / 2 nA0 = XB.Par ailleurs si la réaction n’implique qu’un seul réactif A (A → Produits), n0 = nA0 et le taux

de conversion XA ce confond avec l’avancement normalisé X. Réacteur continu en régime permanent :

Il suffit simplement de remplacer dans les équations précédentes : ξ = (nj - nj0) / γj, X

= (nj - nj0) / n0 γj et XA = (nj0 – nj) / nj0 avec nj = nj0 (1- Xj), donnant les diverses formes de

l’avancement, les nombres de moles utilisés dans les réacteurs fermés par les débits

molaires, ce qui donne :

ξ = (Fj - Fj0) / γj (mol s-1), X = (Fj - Fj0) / F0 γj et Xj = (Fj0 – Fj) / Fj0.

2-6- Définition choisie de l’avancement :

Toutes les grandeurs utilisées pour caractériser l’avancement d’une réaction sont

proportionnelles :

Réacteur fermé, réactif clé A : ξ = n0 X = - nA0 XA / γA

Réacteur continu, réactif clé A : ξ = F0 X = - FA0 XA / γA

3- Forme générale du bilan de matière :

Dans une phase donnée, chaque espèce obéit à une équation de bilan, le bilan, s’écrit au moyen

de quantités ou de débits mesurés en moles, masses, nombre d’atome, etc. la forme générale est :

Débit de Débit de Débit de Débit

matière + production = matière + d’accumulation

entrant Aj de Aj sortant Aj de Aj

Le premier et le troisième terme sont des débits de matière, le second terme traduit le rôle

des réactions chimiques. Le débit de production est la différence entre le débit de création et le débit

de destruction par ces réactions. Le quatrième terme traduit l’évolution dans le temps.

Deux situations fréquentes méritent l’attention :

Le réacteur ouvert en régime permanent : l’état de ce réacteur est supposé indépendant du

temps c'est-à-dire que rien ne s’accumule en dit qu’il est en régime établi ou continu le

bilant ce traduit à :

Débit de Débit de Débit de

matière + production = matière

entrant Aj de AJ sortant Aj

Le réacteur fermé : il y a ni débit d’entrée, ni débit de sortie. Le bilan se réduit :

Débit de Débit

11

Production = d’accumulationde Aj de Aj

Débit de Débit de Débit de Débit

matière + production = matière + d’accumulation

entrant Aj de Aj sortant Aj de Aj

Chapitre II : Réacteurs idéaux homogènes  1- Réacteur fermé et réacteur continu :

La majorité des réactions industrielles mise en œuvre dans des réacteurs continus, les réacteurs

fermés, étant réservés pour la synthèse de très petites quantités de produits (chimie pharmaceutique

notamment). Si le réacteur fermé uniforme (RFU) peut être considéré comme un réacteur idéal, il

n’en est pas de même pour les réacteurs fonctionnant en continu. Leur comportement est

intermédiaire entre celui de deux réacteurs idéaux : réacteur parfaitement agité continu (RPAC) et

réacteur en écoulement piston (RP) qui correspondent à des conditions hydrodynamiques extrêmes.

Trois remarques importantes doivent être faites :

& des réacteurs presque idéaux sont utilisés dans des nombreux procédés industriels.

& les réacteurs idéaux, fermés ou continus, permettent d’établir aisément l’équation cinétique

des réactions.

& l’association des réacteurs idéaux permet de décrire les réacteurs réels (chapitre III).

L’équation caractéristique des réacteurs idéaux se déduit de leur bilan de matière. Ce bilan est

établi ici sur l’exemple simple d’une réaction homogène à stœchiométrie unique mise en œuvre

12

dans un réacteur isotherme. Par ailleurs, les réacteurs continus sont considérés comme étant en

régime permanent.

Les réacteurs idéaux sont des cas limites de réacteurs réels. Nous distinguerons trois réacteurs

idéaux (parfaits) de base :

Un réacteur fermé uniforme RFU (en anglais : batch reactor) : est une cuve agitée

dans laquelle on introduit une quantité donnée de matière qu’on laisse évoluer dans le

temps (figure 1).

Figure 1 : Réacteur fermé uniforme. Un réacteur en écoulement piston RP (en anglais : plug flow ou piston flow reactor) :

quand le mélange réactionnel y progresse par tranches parallèles et indépendantes

n’échangeant pas de matière entre elles à la manière d’un piston dans un cylindre (fig

2). Les variables d’état sont constantes dans toute section normale à l’écoulement,

elles ne dépondent que d’un seul paramètre d’espace, mesure parallèlement au sens

de l’écoulement. Tous les éléments du fluide mettent donc le même temps à traverser

le réacteur (temps de séjour ts identiques) et passent à travers la même séquence de

pression, température et concentrations.

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Figure 2 : Réacteur en écoulement piston.

Un réacteur parfaitement agité continu RPAC (en anglais backmix ou mixed flow ou

encore continuous stirred tank reactor CSTA) : se caractérise par une composition et

une température du mélange réactionnel parfaitement uniformes dans tout son

volume, y comprise en sortie du réacteur. Il y a donc un changement immédiat de la

(des) concentration (s) de réactif (s) dès l’entrée du mélange réactionnel dans le

réacteur, celle (s) ci passant de sa (leur) valeur d’entrée à sa (leur) valeur de sortie

(fig. 3).

Ce réacteur travaille donc dans les conditions de sortie, ce qui a un effet négatif sur

son efficacité. Par ailleurs toutes les valeurs du temps de séjour sont possibles

puisque chaque molécule entrant dans le RPAC peut se retrouver immédiatement

dans le courant de sortie (ts = 0) ou à l’inverse rester indéfiniment dans le réacteur

(ts = infini). L’existence d’un court circuit (ts = 0) permet un contrôle facile du

réacteur ce qui est très avantageux pour les réactions dangereuses dont les conditions

doivent être strictement contrôlées. Mais le temps de séjour très courts et très longs

sont préjudiciables à son efficacité. Ce manque d’efficacité peut toutefois être limité

en utilisant ces réacteurs en série.

Figure 3 : Réacteur parfaitement agité continu.2- Bilans de matière. Equations caractéristiques :

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Un bilan de matière peut être effectué sur tout ou partie du réacteur, sur la totalité des composés

présents, sur un réactif ou sur un produit choisi. Toutefois, pour obtenir l’équation caractéristique

d’un réacteur, le bilan de matière doit être effectué pour le volume de réacteur le plus grand possible

dans lequel la pression, la composition du mélange réactionnel, la température sont uniformes. Pour

les réacteurs fermé et parfaitement agité continu, ce volume est celui du réacteur, pour le réacteur en

écoulement piston une tranche de volume dV normale à l’écoulement. Par ailleurs, le bilan de

matière est établi pour réactif A ou pour un produit P.

A → B(Flux entrant de A)+ (débit de production de A)= (Flux sortant de A)+ (débit d’accumulation de A).

2-1- Réacteur fermé uniforme :

Flux entrant de A = Flux sortant de A = 0.

Débit de production de A = débit d’accumulation de A donc Prod = Acc

Pour une réaction simple (à stœchiométrie simple) : Rj =Σj γj Rj →

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16