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RÉSUMÉ
Le couplage transfert de matière-réaction chimique est au cœur des processus mis en œuvre en extraction liquide-liquide, qualifiée à juste titre d'extraction réactive. Ce couplage est mis à profit dans les applications industrielles, notamment dans l'industrie nucléaire. En effet, le transfert de matière entre deux phases avec réaction chimique dans une des phases joue un rôle considérable dans les opérations d'absorption gaz-liquide, ainsi qu'en hydrométallurgie. En règle générale, la contribution de la réaction chimique se traduit par une accélération du transfert de matière, avec action directe sur le facteur potentiel et dans certains cas également sur le coefficient de transfert.
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Arnaud BUCH : Docteur de l'Université Paris VI - Maître de conférences à l'École Centrale Paris ECP
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Mohammed RAKIB : Ingénieur ECP - Docteur d'État ès Sciences physiques - Professeur à l'École Centrale Paris
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Moncef STAMBOULI : Ingénieur ECP - Docteur d'État ès Sciences physiques - Professeur à l'École Centrale Paris
INTRODUCTION
Le transfert de matière entre deux phases avec réaction chimique dans une des phases est un phénomène qui joue un rôle considérable dans les opérations d'absorption gaz-liquide (absorption d'un gaz acide par une solution basique et vice versa), ainsi qu'en hydrométallurgie (retour sélectif d'une espèce métallique du solvant vers la phase aqueuse par changement d'état d'oxydation en présence d'un oxydant ou d'un réducteur approprié).
Lorsque l'espèce transférée est consommée par une réaction chimique, on observe une accélération du transfert de matière : l'action sur le facteur potentiel se conçoit aisément. L'analyse du problème montre qu'il y a également action sur le coefficient de transfert dans certains cas.
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Mise en équation du phénomène
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4. Conclusion
Le couplage transfert de matière-réaction chimique est au cœur des processus mis en œuvre en extraction liquide-liquide, qualifiée à juste titre d'extraction réactive. Loin d'être une curiosité de laboratoire, ce couplage est mis à profit dans les applications industrielles éprouvées en hydrométallurgie, notamment dans l'industrie nucléaire (procédé PUREX, en particulier).
L'introduction du critère de Hatta a plusieurs mérites. Elle permet d'établir des analogies et des similitudes entre des opérations unitaires d'importance en génie des procédés : l'absorption gaz-liquide et l'extraction liquide-liquide. Le rapprochement entre le critère de Hatta et le critère de Thiele, paramètre autrement important en catalyse hétérogène, renforce encore la pertinence de cette démarche.
D'un point de vue pratique, l'estimation du critère de Hatta permet de renseigner sur la localisation de la réaction chimique (réaction de volume ou d'interface) et par voie de conséquence, sur le choix de la technologie appropriée à la mise en œuvre de l'opération unitaire considérée. En permettant de quantifier l'interaction entre la réaction chimique, le transfert de matière et l'hydrodynamique, le critère de Hatta fournit un éclairage précieux pour les transpositions d'échelles (scale-up).
L'étude des cinq cas (§ 2.1, et ) est loin d'épuiser le sujet. En se limitant aux cas ayant une importance pratique, on peut...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BUCH (A.), RAKIB (M.), STAMBOULI (M.) - Transfert de matière – Cinétique du transfert de matière entre deux phases. - [J 1 075] Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique, juin 2008.
-
(2) - Transfert de matière – Applications des modèles cinétiques aux opérations compartimentées. - [J 1 076] Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique, mars 2008.
-
(3) - ROIZARD (Ch.), WILD (G.), CHARPENTIER (J.-C.) - Absorption avec réaction chimique. - [J 1 079] Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique, juin 1997.
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