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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
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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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Pr. MAHACINE AMRANI calcul de racteurs 2014/2 015 34
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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