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RÉSUMÉ
Les microréacteurs ouvrent des possibilités nouvelles pour les industries. Ils s'inscrivent dans une démarche de qualité, de sécurité, de créativité et d'intensification des procédés. À ce titre, ils constituent une des briques de l'usine du futur. Transformations chimiques ou physiques y sont mises en œuvre. Les phénomènes et principes de base sont décrits, ainsi que certaines initiatives industrielles, tout en pointant les limites d'application de ces technologies innovantes.
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INTRODUCTION
Les microréacteurs ouvrent des possibilités nouvelles pour les industries. Ils s'inscrivent dans une démarche de qualité, de sécurité, de créativité et d'intensification des procédés. À ce titre, ils constituent une des briques de l'usine du futur. Transformations chimiques ou physiques y sont mises en œuvre. Les phénomènes et principes de base sont décrits, ainsi que certaines initiatives industrielles, tout en pointant les limites d'application de ces technologies innovantes.
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Caractéristiques des écoulements
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2. Exemples d’appareils
Parmi les différents types d’appareils miniaturisés, nous pouvons distinguer deux classes principales :
-
les mélangeurs et contacteurs ;
-
les réacteurs-échangeurs.
2.1 Mélangeurs et contacteurs diphasiques
Les micromélangeurs et microcontacteurs ont pour but premier de mettre en contact deux fluides miscibles ou immiscibles afin de les homogénéiser rapidement, de favoriser le transfert de matière ou une réaction, ou bien de créer une dispersion à propriétés contrôlées. Ils peuvent être également associés à un système de transfert de chaleur (voir ).
Sur les mélanges de fluides et le transfert de chaleur :
Convection naturelle. Aspects théoriques de G. Lauréat
-
La géométrie et le type de mise en contact des fluides définissent la performance de l’appareil. Pour mélanger des fluides miscibles, la performance du micromélangeur est liée directement à la distance caractéristique entre les espèces, généralement déterminée par la géométrie du micromélangeur.
Dans le cas du mélange de fluides immiscibles, les dimensions caractéristiques du contacteur ont aussi un rôle très important. Couplées avec les conditions opératoires, elles contrôlent les caractéristiques physiques de la dispersion : le régime d’écoulement et la taille de goutte ou de bulle.
-
Aujourd’hui, il existe des nombreux types de micromélangeurs/contacteurs sur le marché (exemple les appareils commercialisés par IMM, Ehrfeld BTS, LTF, Mikroglas Chemtech, Corning, Velocys…) pour des applications de mélange de fluides miscibles, immiscibles, ou gaz-liquide. Les mécanismes de mise en contact de fluides employés reposent essentiellement sur l’énergie de l’écoulement et la structure géométrique de l’appareil, plus rarement sur une source d’énergie...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PANIC (S.), LOEBBECKE (S.), TUERCKE (T.), ANTES (J.), BOSKOVIC (D.) - Experimental approaches to a better understanding of mixing performance of microfluidic devices - Chem. Eng. J., 101, 409-419 (2004).
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(2) - EHRFELD (W.), GOLBIG (K.), HESSEL (V.), LÖWE (H.), RICHTER (T.) - Characterisation of mixing in micromixers by a test reaction : single mixing units and mixer arrays - Ind. Eng. Chem. Res., 38, 1075-1082 (1999).
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(3) - FOURNIER (M.C.), FALK (L.), VILLERMAUX (J.) - A new parallel competing reaction system for assessing micromixing efficiency – experimental approach - Chem. Eng. Sci., 51, 5053-5064 (1996).
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(4) - GUICHARDON (P.), FALK (L.) - Characterisation of micromixing efficiency by the iodide-iodate reaction system. Part I. Experimental procedure. Experimental procedure - Chem. Eng. Sci., 55, 4233-4243 (2000).
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(5) - AUBIN (J.), FALK (L.) - Agitation et Mélange : Aspects fondamentaux et applications industrielles - dans Bertrand (J.), Poux (M.) et Xuereb (C.) (Eds.), Chapitre 14, Dunod Paris (2006).
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