Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
L’anhydride phtalique est un produit très utilisé dans la synthèse organique, d’où le nombre important d’études répertoriées sur le sujet. Plusieurs procédés conduisent à sa fabrication, ils sont essentiellement basés sur l’oxydation ménagée de l’orthoxylène. Sur la base de cet exemple, cet article présente une méthodologie permettant d’étudier un réacteur catalytique fonctionnant en lit fixe. Il se focalise sur le choix du modèle et sur les profils de température et de concentration obtenus en fonction des différents paramètres retenus.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Monique FERRER : Maître de conférences à l’École nationale supérieure des industries chimiques - Institut national polytechnique de Lorraine
INTRODUCTION
L’anhydride phtalique est un produit très utilisé dans la synthèse organique. Cela explique le très grand nombre d’études fait à son sujet. Les différents auteurs s’intéressent soit aux catalyseurs utilisés, à leur performance et à l’évolution de leur activité, soit au schéma cinétique détaillé, soit à de nouveaux réacteurs et à leur modélisation. Le but de ce dossier est de présenter, à l’aide de l’exemple de l’oxydation ménagée de l’o-xylène en anhydride phtalique, une méthodologie permettant d’étudier un réacteur catalytique fonctionnant en lit fixe. L’accent est mis sur l’importance du choix du modèle et sur l’influence des différents paramètres dans la prévision des profils de température et de concentration.
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- Version archivée 1 de sept. 1990 par Monique FERRER
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Simulation3. Modélisation du réacteur
3.1 Généralités
Le réacteur utilisé est composé de plusieurs tubes que l’on peut assimiler à des lits fixes. Du fait que ces tubes sont remplis, il faudra s’intéresser au problème de pertes de charge bien que, très souvent, elles soient négligées.
On peut considérer différents modèles pour représenter un lit fixe. Froment en propose une classification basée sur trois critères : la fraction de résistance externe et le module de Thiele pour choisir entre modèle hétérogène ou pseudo-homogène, et le critère de Marek et Hlavacek , pour choisir entre modèle 1D et modèle 2D. Le tableau 2 résume cette classification.
Notre problème ne faisant pas intervenir de résistance au transfert, les modèles pseudo-homogènes s’imposent. Il reste à choisir entre un modèle monodimensionnel et un modèle bidimensionnel.
HAUT DE PAGE3.2 Hypothèses
Dans tout ce qui suit, on supposera que :
-
la loi des gaz parfaits est applicable ;
-
le titre en oxygène reste constant au cours de la réaction, du fait du très fort excès d’air (titre d’orthoxylène voisin de 1 %) ;
-
la masse volumique du mélange gazeux ne change pas en fonction de la composition du gaz ;
-
la masse molaire du mélange reste constante ;
-
la température de la paroi T p est constante ;
-
la porosité ε vaut 0,4.
En supposant un titre en o-xylène de 1 %, on peut alors calculer une masse molaire moyenne égale à 29,8 × 10–3 kg · mol–1 et une masse volumique du mélange réactionnel à l’entrée du réacteur égale à 0,57 kg · m–3.
HAUT DE PAGE3.3 Perte de charge
Celle-ci peut être déterminée à l’aide de l’équation d’Ergun qui exprime la perte de charge par unité de longueur sous la forme :
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Modélisation du réacteur
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SELVARAJ (M.), LEE (T.G.) - A novel route to produce phthalic anhydride by oxidation of o-xylene with air over mesoporous V-Mo-MCM-41 molecular sieves. (Une nouvelle voie pour produire de l’anhydride phtalique par oxydation par l’air l’o-xylène sur des tamis moléculaires mésoporeux V-Mo-MCM-41) - . Microporous and Mesoporous Materials, 85, p. 39-51 (2005).
-
(2) - DÉGÉ (P.), PINARD (L.), MAGNOUX (P.), GUISNET (M.) - Catalytic oxidation of volatile organic compounds (VOCs). Oxidation of o-xylene over Pd and Pt/HFAU catalysts. (Oxydation catalytique de composés organiques volatils (COV). Oxydation de l’o-xylène sur catalyseurs Pd et Pt/HFAU) - . C.R. Acad. Sci, Paris, Série IIc, Chimie/Chemistry, 4, p. 41-47 (2001).
-
(3) - PIECK (C.L.), DEL VAL (S.S.), LOPEZ GRANADOS (M.), BANARES (M.A.), FIERRO (J.L.G.) - Bulk and surface structures of V2O5/ZrO2 systems and their relevance for o-xylene oxidation. (Structures de surface et de charge de systèmes V2O5/ZrO2 et leur pertinence pour l’oxydation d’o-xylène) - . Langmuir, 18, p. 2642-2648 (2002).
-
(4) - ANASTASOV (A.I.) - An investigation of the kinetic parameters of the o-xylene oxidation process carried out in a fixed bed of high-productive vanadia-titania catalyst. (Une recherche des paramètres cinétiques...
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