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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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Exemple d'application : partition uranium-plutonium
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2. Régimes de transfert en présence de réaction chimique
Nous avons vu que le critère de Hatta permet de quantifier la compétition entre le transfert dans la couche limite et la réaction chimique. Nous étudierons cinq cas (figure 2), classés dans le sens des vitesses de réaction chimique croissantes.
2.1 Régime de réaction lente (Ha < 0,3)
Comme la vitesse du transfert est grande devant la vitesse de réaction chimique, le transfert est infiniment rapide ; l'équilibre de transfert est donc atteint (figure 2, 1er cas) :
La réaction chimique étant infiniment lente, le réactif B n'est pas consommé dans la couche limite : sa concentration est donc constante et égale à celle du cœur de la phase liquide
. Le flux de transfert de M à l'interface s'écrit :
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Régimes de transfert en présence de réaction chimique
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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