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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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Quelques exemples d’industrialisation
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3. Caractéristiques des écoulements
3.1 Écoulements monophasiques
Les petites dimensions des canaux dans les microréacteurs ou réacteurs microstructurés impliquent que le régime d’écoulement est presque toujours laminaire. Ceci se traduit par un profil parabolique des vitesses, et, dans le cas des géométries simples, des lignes de courant parallèles, engendrant donc des difficultés liées au temps de séjour et au mélange.
À cause des gradients radiaux de vitesses dans un profil parabolique, les molécules dans un écoulement ont des temps de séjours très variés dans un microcanal simple. En conséquence, l’écoulement est caractérisé par une forte dispersion axiale et une large distribution de temps de séjour, propriétés indésirables pour la réaction chimique. Il est donc important de contrôler l’écoulement en jouant sur la géométrie du canal afin de promouvoir un mouvement transversal et de diminuer la dispersion axiale.
Sur les écoulements monophasiques, laminaires et turbulents
Thermohydraulique des réacteurs à à eau sous pression de C. Herer et D. Gallori
Pour le mélange de fluides miscibles en régime laminaire, c’est la diffusion moléculaire qui contrôle l’opération – un mécanisme qui est très lent –, et non le mécanisme plus rapide de convection, prépondérant dans les écoulements turbulents (voir aussi ). Le transport diffusionnel obéit à une loi de Fick à partir de laquelle le temps de mélange s’exprime en fonction d’une distance caractéristique, dl , et du coefficient de diffusion, Dm :
De cette relation, il est évident que le temps de mélange est fortement dépendant de la distance caractéristique du système, généralement assimilée à la largeur des filaments...
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Caractéristiques des écoulements
BIBLIOGRAPHIE
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(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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