Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article fait le point sur la mise en œuvre du chauffage par micro-ondes pour la synthèse organique. L’approche développée ici balaie plusieurs aspects : elle apporte les connaissances indispensables sur la thermique micro-onde, la technologie des systèmes micro-ondes et les capteurs associés, liste les avantages et les limites au travers d’exemples de réactions organiques et propose des préconisations. Le sujet est abordé avec une vision combinée chimie et génie des procédés.
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This article offers an overview of microwave heating applied to organic synthesis. It presents basic knowledge of microwave heating, and the technology of microwave devices and their sensors, lists advantages and limitations through examples of organic reactions, and makes some recommendations. The subject is addressed from both chemistry and process engineering standpoints
Auteur(s)
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Martine POUX : Ingénieur de Recherche - Laboratoire de Génie Chimique INPT/UPS/CNRS, École Nationale Supérieure des Ingénieurs en Arts Chimiques et Technologiques, Toulouse (ENSIACET), France
-
Lionel ESTEL : Professeur des Universités - Laboratoire de Sécurité des Procédés Chimiques, Institut National des Sciences Appliquées de Rouen (INSA Rouen), France
-
Christophe LEN : Professeur des Universités - Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable, Université de Technologie de Compiègne (UTC), France
INTRODUCTION
Les micro-ondes – ondes électromagnétiques qui se situent dans la gamme des hyperfréquences – sont capables de générer le chauffage de milieux pour peu qu’ils soient sensibles à ces ondes, par exemple en possédant des caractéristiques diélectriques particulières. Contrairement aux techniques classiques de chauffage par conduction ou convection, l’utilisation des micro-ondes implique une interaction entre un rayonnement électromagnétique et la matière. Il ne s’agit donc pas d’un transfert thermique, le chauffage par micro-ondes d’un produit résulte ainsi de la conversion en chaleur de l’énergie d’une onde électromagnétique au sein de ce matériau.
L’application de ce type de chauffage à la synthèse chimique a été initiée il y a maintenant près de trente ans. Si beaucoup d’expériences positives ont été menées, trop peu dépassent encore le stade du laboratoire. La mise en œuvre d’un procédé de synthèse sous micro-ondes reste complexe et nécessite une attention particulière. L’approche intégrative de l’ingénieur alliant la com-préhension des mécanismes électromagnétiques mis en jeu et de leurs interactions avec le milieu, le développement de technologies spécifiques et l’analyse critique des réactions sont autant d’éléments indispensables pour la réussite de toute réaction organique sous micro-ondes et par la suite de son industrialisation. Cet article rapporte les connaissances de base indispensables, fait le point sur les technologies disponibles, met l’accent sur les points critiques et enfin propose une démarche utile pour appréhender la synthèse organique sous micro-ondes. Il s’accompagne d’exemples de synthèses organiques et montre les potentialités offertes par l’utilisation de cette technique de chauffage en particulier dans le contexte du développement durable.
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KEYWORDS
process intensification | microwaves | organic synthesis | reactors | fine chemistry
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Présentation
Conclusion
En anglais
5. Avantages et limites
Les principaux avantages des micro-ondes sont des temps de synthèse plus courts, une chimio-sélectivité accrue dans certains cas et des rendements plus élevés. L’énergie étant apportée de façon plus ciblée et sans réseau de distribution, certaines études montrent également une plus grande efficacité énergétique pour ce mode de chauffage .
Le phénomène de surchauffe dispersée n’est pas la seule originalité de ce système de chauffage, il a également la particularité de faire disparaître les couches limites thermiques (figure 9). Dans un chauffage classique, le transfert d’énergie thermique nécessite des gradients de température à la paroi. En effet, dans le cas du transfert thermique, la force motrice est la différence de température. Pour obtenir une température cible dans la masse réactionnelle, il faut appliquer une température plus élevée à la paroi avec le risque de provoquer l’apparition de réactions parasites. Plus l’on souhaite atteindre rapidement la température cible, plus la différence de température doit être élevée et plus ce phénomène peut se produire.
Cependant, il serait erroné de penser que les choses sont simples dans le cas du chauffage par micro-ondes.
Lors du chauffage par micro-ondes de matériaux diélectriques, la vitesse de chauffage est contrôlée par les propriétés thermiques du milieu (diffusivité thermique, chaleur spécifique) et par ses propriétés diélectriques. Souvent, la dépendance avec la température des propriétés thermiques est très faible en comparaison de celle des propriétés diélectriques. Le milieu agit comme un convertisseur...
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Avantages et limites
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JONSCHER (A.K.) - Dielectric relaxation in solids, - Chelsea Dielectrics Press, London, (1983).
-
(2) - POUX (M.) – Chapitre 7 : Microwaves : a potential technology for green process development, p166-206 dans - Green process engineering : from concepts to industrial applications, - édition CRC Press, Boca – Raton (2015).
-
(3) - BONNET (C.) - Dualité du couplage onde-matière de l’intensification par chauffage micro-onde à la sécurité des procédés, - thèse de Doctorat UTC – Compiègne (2003)
-
(4) - LEGRAS (B.) - Adsorptions et désorptions compétitives sous irradiation micro-ondes : étude de la conversion d’énergie électromagnétique couplée aux transferts de matière et de chaleur - – INSA – Rouen (2011)
-
(5) - MAZUBERT (A.), TAYLOR (C.), AUBIN (J.), POUX (M.) - Key role of temperature in interpretation of MW heating on transesterification and esterification reactions for biodiesel production....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://www.ansys.com/Products/Electronics/RF-and-Microwave
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
http://www.anton-paar.com/fr-fr
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