Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
-
Jean-Léon HOUZELOT : Professeur de Génie de la réaction chimique - Directeur de l’École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC)Institut national polytechnique de Lorraine
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Cet article est la mise à jour du paragraphe 6 de l’article « Réacteurs chimiques. Principes » écrit en 1980 par Jacques VILLERMAUX.
Dans cette dernière partie consacrée aux réacteurs chimiques, nous examinons l’influence de la cinétique physique (transfert de matière et de chaleur) sur le fonctionnement des réacteurs comportant plusieurs phases. Étant donné l’importance industrielle de ce type de réacteurs, chacun d’eux mériterait un traitement détaillé. Les principes généraux exposés dans l’article précédent restent bien entendu applicables. Nous voulons seulement mettre en évidence ci-après le couplage entre réaction chimique et phénomènes de transport. Celui-ci intervient notamment pour modifier l’expression de la vitesse apparente de la réaction qui figure dans les équations caractéristiques des réacteurs.
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Réactions fluide-solide non catalytiques
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1. Réactions catalytiques fluide-solide
Dans la mise en œuvre des réactions de catalyse hétérogène, les réactifs présents dans un fluide vont réagir à la surface active d’un catalyseur solide poreux. Les produits de la réaction repartent de la surface catalytique vers le sein du fluide. L’accomplissement de la réaction implique plusieurs étapes placées en série : diffusion à travers la couche limite entourant les grains de solide (transfert externe), diffusion au sein du solide poreux (transfert interne), adsorption/désorption à la surface, et réaction chimique proprement dite, en phase adsorbée. La chaleur de réaction diffuse simultanément à l’extérieur et à l’intérieur du solide. C’est la plus difficile de ces étapes en série qui impose sa vitesse (cf. article [46] dans le présent traité). Nous en rappelons ci-après les résultats essentiels. Les notations sont voisines de celles de ces auteurs, quoique les indices soient un peu différents, compte tenu des nécessités de cohérence interne de l’exposé.
1.1 Transport externe et interne
Considérons un grain de catalyseur dans un lit fixe parcouru par un courant convectif de fluide. Les densités de flux de matière N D et de chaleur N w entre le fluide et la surface, à travers la couche limite entourant le grain peuvent se mettre sous la forme :
L’indice e caractérise le fluide extérieur baignant le grain et l’indice s caractérise les valeurs à la surface. Les ouvrages de cinétique physique proposent des corrélations adaptées à chaque cas pour prévoir les conductances de transfert de matière k D et de chaleur h, par exemple, des formules de type Ranz et Levenspiel [38] :
...
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Réactions catalytiques fluide-solide
(d’après l’article de M. VILLERMAUX)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JOTTRAND (R.) - Introduction à la théorie des réacteurs chimiques. - Ind. Chim. Belge, 30, p. 119 (1965).
-
(2) - BOUDART (M.) - Kinetics of chemical processes, - Prentice Hall (1968).
-
(3) - DAMKÖHLER (G.) - Einflüsse der Strömung Diffusion und des Wärmeüberganges auf die Leistung von Reaktionsölen I. Allgemeines Gesichtpunkte für die Übertragung eines chemischen Prozesses aus dem Kleinen ins Grosse. - Z. Elektrochem (D), 42, p. 846 (1936).
-
(4) - BARRÉRE (M.), PRUD’HOMME (R.) - * - Équations fondamentales de l’aérothermochimie. Masson (1973).
-
(5) - CALDERBANK (P.H.) - Contact process converter design. - Chem. Eng. Prog. (USA), 49, p. 585 (1953).
-
(6) - CARBERRY (J.J.) - Chemical and catalytic reaction engineering. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Transferts de matière et de chaleur au sein de particules interactives poreuses. I. Cas des catalyseurs.
-
Transferts de matière et de chaleur au sein de particules interactives poreuses. II. Cas des absorbants.
-
Catalyse hétérogène.
ANNEXES
On consultera également
Généralités
VILLERMAUX (J.) - Réacteurs chimiques. Principes. - J 4 010, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés, sept. 1996.
CARBERRY - * - ; LEVENSPIEL ; ARIS .
SMITH (J.M.) - Chemical engineering kinetics. - McGraw Hill (1970).
DENBIGH (K.G.) - TURNER (J.C.R.) - Chemical reactor theory. An introduction. - Cambridge Univ. Press (1971).
LAPIDUS (L.) - AMUNDSON (N.R.) - Chemical reactor theory. A review. - Prentice Hall (1977).
LEE (L.C.) - THOMAS (W.J.) - dans RICHARDSON (J.F.) - PEACOCK (D.G.) - Chemical engineering. - Vol. III, chap. 1 et 2, Pergamon (1971).
HILL (C.G.J.) - Chemical engineering kinetics and reactor design. - Wiley (1977).
RASE (H.F.) - Chemical reactor design for process plants. - Vol. I : Principles and techniques. Vol. II : Case studies and design data. Wiley (1977).
FROMENT (G.F.) - BISCHOFF (K.B.) - Chemical reactor analysis and design. - Wiley NY (1979).
HOLLAND (C.D.) - ANTONY (R.G.) - Fundamentals of chemical reaction engineering. - Prentice Hall, Englewood Cliffs, USA (1979).
Catalyse hétérogène
CORNET (D.) - Catalyse hétérogène. - J 1 250, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés, sept. 1992.
THOMAS (J.M.) - THOMAS (W.J.) - Introduction to the principles of heterogeneous catalysis. - Academic Press (1967).
PETERSEN (E.E.) - Chemical reaction analysis. - Prentice Hall (1965).
SATTERFIELD (C.N.) - Mass transfer in heterogeneous catalysis. - MIT Press (1970).
Réacteurs polyphasés
VILLERMAUX (J.) - Réacteurs chimiques. Principes. - J 4 010, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés, sept. 1996.
* - gaz-liquide
DANCKWERTS (P.V.) - * - .
* - fluidisés
KUNII (D.) - * -
* - gaz-liquide-solide
SHAH (Y.T.) - Gas-solid-liquid reactor design. - Mac Graw...
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