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Expérimentation Procédés

Stirred, not shaken!

Les réacteurs agités sont très répandus dans les industries chimiques, pétrolières, alimentaires et pharmaceutiques, pour produire des mélanges et des réactions.

Ces équipements mettent en jeu une multiplicité de phénomènes complexes et simultanés (turbulence, dispersion multiphasique, mise en suspension de solides, transfert de chaleur), et des réactions aussi bien homogènes qu’hétérogènes.

L’atteinte d’un résultat satisfaisant en termes de qualité de mélange ou de dispersion, ou encore de rendement de la réaction, tout en évitant des réactions parasites, nécessite que les paramètres opératoires des réacteurs soient précisément ajustés.

Les écoulements dans les réacteurs agités dépendant de nombreux paramètres en interaction, le recours aux outils numériques de dynamique des fluides Computational Fluid Dynamics (CFD) pour leur simulation s‘avère un challenge.

À IFPEN, la CFD est employée pour la simulation des réacteurs agités aussi bien à l’échelle des pilotes que pour des installations industrielles. Elle permet une meilleure compréhension de leur mode de fonctionnement et a mené à des modifications (design des agitateurs, choix des conditions opératoires) grâce auxquelles une intensification des essais et des procédés réels a été rendue possible.

Un exemple d’expérimentation intensifiée concerne la caractérisation cinétique des catalyseurs commerciaux en milieu liquide ou biphasé gaz-liquide. Ces équipements produisent un écoulement turbulent et multiphasique fortement complexe.

Or, surtout pour les réactions rapides, il est essentiel de s’assurer que les limitations de mélange ou de transfert de masse n’affectent pas la valeur déterminée pour la vitesse de réaction.

La CFD, utilisée pour simuler l'écoulement dans différentes conditions, a ainsi permis de définir les régimes de contrôle cinétique dans lesquels la vitesse de réaction pouvait être réellement mesurée.

De manière générale, le recours à la modélisation numérique permet de réduire fortement le besoin en expérimentation à l’échelle du laboratoire ou des pilotes industriels. Cette approche offre par ailleurs une alternative importante aux règles de conception empiriques, avec un bénéfice indéniable en termes de temps et de coût de développement des projets.

 

Contact scientifique :   vania.santos@ifpen.fr 

Article rédigé en collaboration avec Claudio Fonte
et paru dans Science@ifpen n° 18 - Octobre 2014

Publications

  • C.P. Fonte, B.S. Pinho, V. Santos-Moreau, J.C.B. Lopes. Prediction of the Induced Gas Flow Rate from a Self-Inducing Impeller with CFD. Chemical Engineering & Technology, 2014, 37 (4), 571–79.
    >> DOI:10.1002/ceat.201300412
  • V. Santos-Moreau, L. Brunet-Errard, M. Rolland, Numerical CFD simulation of a batch stirred tank reactor with stationary catalytic basket. Chemical Engineering Journal, 2012, 207-208, 596-606.
    >> DOI:10.1016/j.cej.2012.07.020

 

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