Vers la configuration du réacteur industriel
Calcul des réacteurs catalytiques - Déshydrogénation de l’éthanol

Nous avons vu que, pour éviter des pertes de charges trop importantes, il faudrait avoir un réacteur de large section ; à l’inverse, pour éviter d’avoir un profil de température trop marqué dans le réacteur, ce dernier devrait avoir un petit diamètre. Afin de satisfaire simultanément ces deux conditions, la solution consiste à utiliser un réacteur à faisceau tubulaire. Ce réacteur est constitué d’un nombre très important de petit réacteurs tubulaires à lit fixe placés en parallèle (faisceau tubulaire) à l’intérieur d’une calandre dans laquelle circule le fluide caloporteur.

On utilise généralement des tubes de dimensions « standards » ; dans notre cas, nous choisirons des tubes 26 × 32 de 6 m de long, c’est-à-dire de 26 mm de diamètre intérieur et de 32 mm de diamètre extérieur.

Afin de pouvoir faire l’hypothèse d’un écoulement piston au sein du lit catalytique, il faut, pour éviter des écoulements préférentiels aux parois, que le rapport entre le diamètre du réacteur et la dimension des grains de catalyseur soit au minimum supérieur à 10 [8], condition satisfaite par notre choix.

Enfin nous utiliserons 5 mètres comme longueur utile du tube ; en effet, on se réserve souvent une partie du tube pour placer aux extrémités des zones de garnissage inerte dont les rôles respectifs sont, à l’entrée, un échangeur de chaleur et, à la sortie du réacteur, une zone d’équilibrage des pertes de charges.

La prise en compte des conditions énoncées ci-dessus conduit à envisager un faisceau constitué de N = 4 520 tubes en parallèle.

Pour déterminer la conversion à la sortie de ce réacteur, il convient d’écrire le système d’équations différentielles prenant en compte les bilans de matière, d’énergie et de quantité de mouvement ; ce dernier se met sous la forme :

Ce système d’équations doit être assorti de conditions aux limites :

• en z = 0 ; X = 0, T = T₀ ;

• en z = L P = la pression de sortie.

Nous...