Génie de Réacteurs

 

 

UNIVERSITE M'HAMED BOUGERA DE BOUMERDES FACULTE DES HYDROCARBURES ET DE LA CHIMIE DÉPARTEMENT GÉNIE DES PROCÉDÉS CHIMIQUES ET PHARMACEUTIQUE

TP N02/03 : Etude

d’une

cascade de réacteur Réal Ré alis isée ée Pa Parr : HOCINI MAROUA KACEL AHLEM

Groupe : 03  

 Année Universitaire : 2022/2023 1

 

I/Introducon I/Introduco n: En chimie, chimie, un réacteur est une enceinte ou récipient apte à la réalisaon et l'opmisaon de réacons chimiques et chimiques et généralement de procédés de procédés de transformaon de la maère maère (  (génie génie des procédés). procédés). Le but recherché dans un réacteur est l'homogénéité du milieu réaconnel réaconnel du  du point de vue de la température et température et du mélange des mélange des réacfs. réacfs.

II /But du TP: La modélisaon de l’écoulement dans une cascade de deux réacteurs agités

III/Pare théorique : Cascade de réacteurs : Ce type de réacteur est caractérisé par p ar une succession de réacteurs (plusieurs réacteurs continus ou un duo réacteur continu-réacteur à écoulement piston. Le flux de sortie du premier réacteur sert de flux d'entrée au second réacteur et ainsi de suite. Cette configuration permet d'atteindre des conversions très élevés. Les réacteurs peuvent s'associer en série ou en parallèle. Temps de séjours :

Le temps de séjour est le temps moyen nécessaire à un élément pour passer au travers d'un système à l'équilibre. Un moyen de déterminer d éterminer ce temps est de calculer le temps néc nécessaire essaire pour remplir le système avec l'élément étudié. En génie chimique, le temps de séjour est utilisé pour caractériser les réacteurs qui travaillent avec des flux continus (réacteur continu et réacteur à écoulement piston).

Taux de conversion : Le taux de conversion est calculé en divisant simplement le nombre de conversions par le nombre total d'interactions avec une annonce ayant généré une conversion au cours d'une période donnée. Par exemple, si vous vou s avez enregistré 50 conversions suite à 1 000 interactions, votre taux de conversion est de 5 % (50 ÷ 1 000 = 5 %).

Modélisation de l’écoulement : Elle relie la vitesse d'écoulement en un point à la pression du fluide et à sa profondeur en ce point. Lors de l’écoulement d’un fluide, il est plus pratique d’utiliser les énergies par unité de volume.

Courbe d'étalonnage :

2

 

Le graphique représentant l'absorbance en foncon de la concentraon, appelé droite (ou courbe) d'étalonnage, permet de déterminer la concentraon d'une soluon à parr de la mesure de l'absorbance de soluons de concentraons connues.

La méthode de traceur : La méthode de traceur consiste à « marquer » des molécules entrant dans le système, et à les dénombrer dans le courant de sore en foncon du temps.

IV-pare praque : 1. Courbe d’étalonnage :

mkcl(g)

0,5

2

4

6

10

(ms)

8,33

27

60,5

85,1

137,4

C(mol)

0,06

0,3

0,5

0,8

1,32

On trace la courbe d’étalonnage. La relaon entre la conducvité et la concentraon concentraon est : La loi de kohlroche indique que la conducvité est proporonnelle à la concentraon en quanté de maère de la soluon , selon la formule suivante :  ❑

¿ C    où ¿ C × 2. Volume réaconnel :

Tout d’abord, on doit calculer calculer le débit pour cela on mes mesure ure le temps nécessaire pour le remplissage d’une éprouvee de volume 100ml à parr du 1 ér réacteur, et on trouver le débit qui est une constante par la loi suivante : V 

Q= t  Q : le débit volumique. V : Le volume de l’eau (100ml). t : Le temps de remplissage. remplissage.

La formule de calcul : a. Temps Temps de vidange vidange : t v 1=¿ 46,32s

3

 

t v 2=¿39,43s t v 3=¿45,5s

t vmoy = 44,41 s

b. Temps Temps de passage : t 100 ml = 2,07 s

  100 V r Q = t 100ml   et Q = t  V r =

  100 t 100 ml

× t =

 100 2,07

× 44,41

Donc : Le volume de deux réacteurs V r =2,145 l 3-l’expérience 3-l’expéri ence : -On remplit le premier réacteur complet et dans le 2éme réacteur de manière à remplir presque à moié et on arrête le courant d’eau. -On dissout 10g de KCl dans un pet volume d’eau et on transfert le tout dans le second réacteur. - on faite l’agitaon pour les deux réacteurs et on l’arrête pour le premier réacteur et on ferme son robinet de vidange. -On mainent un débit constant. -On eectue des prélèvements du KCl du second réacteur -Dans un premier temps, on eectue le prélèvement toutes les 30 secondes puis l’on espacera à parr du 3éme de 1 min à l’aide d’un chronomètre. -On mesure la conducvité de chaque prélèvement par le conducmètre. -A l’aide de la courbe d’étalonnage, on détermine les concentraons des soluons.

3-1-pare des calcule ( CAS1) : -Calcule des concentraons expérimentales expérimentales : Les valeurs expérimentales des concentraons sont déduites à parr de la courbe d’étalonnage (la courbe c’est une droite d’équaon =a*c tel que a est la pente de la droite). - Les valeurs théorique de C sont obtenues a parr de l’équaon suivante : C/Co=Exp (-t/ τ) avec Γ est le temps de passage . t=2,07s 4

 

-On remplit le tableau suivant : t(s)

0

30

60

120

180

240

300

(msim)

13,1

10,6

8,3

2,4

1,5

1,2

0,9

C exp(mol/l)

0,1

0,08

0,06

0,02

0,01

0,008

0,006

 C  ) C 0 exp

1

0,8

0,6

0,2

0,1

0,08

0,06

C théo

0,06

0,03

0,02

0,004

0,001

0,0007

0,00007

 C  ) C 0 théo

1

0,5

0,3

0,07

0,02

0,005

0,001

0

0,3

0,3

0,13

0,08

0,08

0,06

0

0,6

1

1,9

4

18

50

(

(

Erreur absolue Erreur relave

Les résultat qui ont dans le tableau suivant sont trouvés à parr des équaons suivants :   10   m   C 0 = -Avec la concentraon iniale théorique : C 0 =  M × V  74,5 × 2,145 Donc : C0=0.06 mol/l

  C 

 Eabs= |valeur expérimentale – valeur théorique|=|¿) expérimentale -( C 0 ) théorique | L’erreur relave : Erelave= Eabs /(C/C0) thé

-calcule de temps de séjour moyen et la variance : Le temps de séjour moyen donne par la loi suivante :

Ts=∑Ci..∆/∑Ci.∆ Applicaon numérique : T 

s exp

5

0,1 × 0 × 30 + 0,08 × 30 × 30 + 0,06 × 60 × 60 + 0,02 × 120 × 60 + 0,01 × 180 × 60 + 0,008 × 240 × 60 + 0,006 × 3 = 0,1 × 30 + 0,08 × 30 + 0,06 × 60 + 0,002 × 60 + 0,001 × 60 + 0,008 × 60 + 0,006 × 60

 

T s exp=65,56 s =1,1 min T sthéo=

0,06 × 0 × 30 + 0,03 × 30 × 30 + 0,02 × 60 × 30 + 0,004 × 120 × 60 + 0,001 × 180 × 60 + 0,0007 × 240 × 60 + 0,0 0,06 × 30 + 0,03 × 30 + 0,02 × 60 + 0,004 × 60 + 0,001 × 60+ 0,0007 × 60 + 0,0007 × 60

T s t h é o =¿29,24s ¿ 0,5 min

-calcule de La variance : б²/Ts²=1/N N: nombre de réacteur= 2 -On ulise la valeur expérimentale : Б²= (65,56)2/2=2149,01s2 

donc б = 46,4s

La valeur théorique est de б=20,7s

3-2-pare des graphes : -On trace les graphes (C/C0)  expérimentale = f (t)et (C/C0) théorique= f (t) 1. (C/C0)  expérimentale = f (t)

Chart Title 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

30

60

120 S eries1

2. (C/C0)théorique= f (t)

6

180 S eries 2

240

300

 

Chart tle 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

30

60

120 S eries1

180

240

300

S eries 2

3-3-Interprétaon 3-3-Interpr étaon générale :

D’après les résultats que nous avons obtenus nous remarquons que : - les graphes obtenus sont parfaits par ce qu’elles ont de la forme voulue hyperbole sous la forme d’exponenelle. d’exponenelle. -la conducvité diminue avec la diluon de notre soluon en foncon du temps de passage du 1er réacteur au 2eme. -La valeur de la concentraon diminue en foncon du temps et cela à cause de la diluon provoqué par le premier réacteur qui est liée avec le second par cascade. -La diérence entre les deux temps de séjours est due à l’imperfecon des appareils -L’erreur est considérable : les résultats sont erronés ! (Imperfecon du matériels, erreurs expérimentales).

Pare N°2 : selon le CAS 2 1-explicaon 1-explica on de 2eme pare :

Cee pare à la même pare théorique que la première et les mêmes matériels et appareils la seule déférence est qu’on travailler avec deux réacteurs on série pour augmentes le temps de séjours sé jours et la confecon par rapport à la première expérience 2-Mode opéraon/ manipulaon : -on rempli les deux réacteurs par l’eau. 7

 

-On pesse10g de KCl e on le met dans le premier réacteur -on fait l’agitaon électrique électrique et on règle le débit d’eau à une valeur constante et on fait des prélèvements à la sore du second réacteur (même manière de premier pare). -On mesure les conducvités conducvités des échanllons échanllons par le conducmètre  -On déduit, grâce à la courbe d’étalonnage les concentraons de chacune des soluons .

3-les résultats de l’expérience :  On fait les mêmes calcules avec les mêmes formules de la première pare et on met les résultats dans le tableau suivant : t(s)

0

30

60

120

180

240

300

(msim)

0,5

1,8

3,2

3,9

3,2

2,5

1,8

C exp(mol/l)

0,004

0,01

0,02

0,03

0,02

0,01

0,013

 C  ) C 0 exp

1

2,5

5

7,5

5

4,5

3,3

C théo

0,06

0,03

0,02

0,004

0,001

0,0003

0,00007

1

0,5

0,3

0,07

0,02

0,005

0,002

0

2

4,7

7,4

4,9

4,5

3,3

0

4

15,7

105,7

245

900

1645

(

(

  C  C 0

) théo

Erreur absolue Erreur relave

-calcule de temps de séjour et la variance De Même méthode de la première pare on obent

Ts (expérimentale)=158, 33s

et

-calcule de La variance : 8

Ts (théorique)=29,86s

 

On a б²/Ts²=1/N

N: nombre de réacteur= 2

La valeur expérimentale : Б²= (158,33) 2/2=12534,2 Donc : б= 112s La valeur théorique est de б=21,11s

4-pares des paraphes :  :  On trace les graphes (C/C0)  expérimentale = f (t)et (C/C0) théorique= f (t) 1. (C/C0)  expérimentale = f (t)

Chart Title 8 7.5 7 6 5

5

5 4.5

4 3

3.3 2.5

2 1

1

0 0

30

60

120 S eries1

180

240

300

240

300

S eries 2

2. (C/C0) théorique= f (t)

Chart Title 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

30

60

120 S eries1

9

180 S eries 2

 

5-Interprétaons 5-Interpréta ons : -Les graphes obtenus à parr de nos résultats expérimentaux sont compab compables les avec ceux qu’on devait avoir théoriquement sont très proche - on a obtenu la forme hyperbolique voulue -On constate que la conducvité diminue en foncon du temps lors du passage du premier au second réacteur (diluon)  -La valeur de La concentraon dans le deuxième réacteur est augmenter jusqu’à une valeur maximale, à cause de la migraon des ions de R1 vers R2 âpres elle diminuer à cause de migraon inverse.  -Le temps du séjour dans le second réacteur est supérieur à celui du premier réacteur, comme on a dire dans le début de la pare théorique. -Pour mesurer une distribuon des temps de séjour on ulise la méthode de traceur, La méthode des traceurs consiste à marquer les molécules entrant dans le réacteur et à suivre leur histoire jusqu’à la sore, en parculier en les dénombrant dans le courant de sore en foncon du temps. Pour cela, on ulise un traceur qui peut être un traceur radioacf, un colorant, un sel ou toute substance de mêmes propriétés hydrodynamiques hydrodynamiques que le uide, mais décelable par une propriété physique caractérisque telle que conducvité électrique, thermique, etc. -d’après les valeurs obtenues on peut dire que le réacteur est ferme.

6-Conclusion 6-Conclusio n: D’après ce TP on peut dire que Les résultats obtenus restent acceptab acceptables les malgré les erreurs commissent pendant la manipulaon manipulaon et cela est visualisé d’après les graphes obtenus quel que soit du part des étudiant ou bien des matériels ulisés tel que le chronomètre, Mais La méthode de traceur est reste une bonne méthode pour é étudier tudier les phénomènes qui se passent dans un réacteur.

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Et Les résultats obtenus sont en bonne concordance avec d’autres résultats numériques, numériques, Enn en peut dire que le modèle ulisé pendant ce TP reste convenable comme un réacteur.

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