Bibliographie & annexes
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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Arnaud BUCH : Docteur de l'Université Paris VI - Maître de conférences à l'École Centrale Paris ECP
-
Mohammed RAKIB : Ingénieur ECP - Docteur d'État ès Sciences physiques - Professeur à l'École Centrale Paris
-
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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Régimes de transfert en présence de réaction chimique
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1. Mise en équation du phénomène
Compte tenu de l'impossibilité de traiter le problème dans toute son ampleur, nous nous limitons à un exemple de portée générale dans lequel une espèce M est transférée de la phase 1 (gaz ou solvant) vers la phase 2 (phase aqueuse), où elle est consommée par une réaction irréversible :
Cette réaction suit la loi de vitesse :
avec :
- CM (mol · m–3) :
- concentration volumique de M dans la phase 2,
- CB(mol · m–3) :
- concentration volumique de B dans la phase 2,
- rM(mol · m –3 · s–1) :
- vitesse de la réaction dans la phase 2,
- k0(mol–1 · m 3 · s–1) :
- constante de vitesse.
Hypothèses simplificatrices
– Nous supposons que B et M′ ne sont solubles que dans la phase 2.
– Nous utilisons le modèle de la couche limite, qui permet un allégement considérable de l'appareil mathématique par comparaison avec les modèles de la pénétration ou du renouvellement, et qui mène, ce qui est plus surprenant, à des résultats très voisins, voire identiques, dans un grand nombre de cas. In fine, nous supposons que le régime stationnaire de concentrations est établi et le transfert est infiniment rapide à l'interface (équilibre atteint à l'interface).
– Compte...
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Mise en équation du phénomène
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.
-
(4) - HOUZELOT (J.-L.) - Réacteurs chimiques polyphasés – Couplage réaction/diffusion. - [J 4 012] Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique, déc. 2000.
JUNCU (G.) - Unsteady mass transfer from/to a drop accompanied by a reversible second-order chemical reaction on the surface of the drop. - International Journal of Thermal Science, (doi : 10.1016/j.ijthermalsci.2007.11.006) (2008).
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