Ecole National Polytechnique Génie de L’Environnement 2022/2023

TP 1 Génie des réacteurs I

Introduction

un réacteur est une enceinte ou récipient apte à la réalisation et l'optimisation de réactions

chimiques et généralement de procédés de transformation de la matière (génie des procédés).
Les réacteurs chimiques occupent une place centrale dans les entreprises du secteur de la chimie
et des sciences de la vie. Le but recherché dans un réacteur est l'homogénéité du milieu
réactionnel du point de vue de la température et du mélange des réactifs.

But de TP

Le but de TP est d’obtenir, dans un réacteur continu, la courbe de la conversion du traceur en

fonction du temps (courbe de DTS), ainsi d’établir un modèle théorique qui convient au réacteur
de laboratoire.

Modélisation des écoulements non idéaux

I. Modèle d’association de N réacteurs

Calcul de la fonction de la DTS expérimentalement :

Calcul de temps de séjour moyen :

Calcul de nombre de réacteur :

II. Modèle de cholette et cloutier

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Calcule de débit : 𝐐𝟎 = 𝐐𝒂 + 𝐐𝐜

𝑄0: Le débit d’alimentation (à l’entrée)

𝑄𝑎 ∶ Le débit accessible

Qc : Le débit de volume mort

Tel que 𝑚0 : la masse de traceur injectée

Calcul de la fonction de la DTS :

Pour le calcul théorique (le cas idéal), on a ni court-circuit ni volume mort (𝛼 = 1 et 𝛽 = 1).
L’équation devient :

Pour le calcul expérimental (présence d’un volume mort et d’un court-circuit) :

Tel que : 𝑉𝑎 et 𝑄𝑎 : Le volume et le débit accessible, respectivement.

𝑉𝑅 et 𝑄 : Le volume totale et le débit d’alimentation de l’eau dans le réacteur, respectivement.

Méthode de détermination expérimentale de la DTS

Le pilote disponible pour ce TP est un réacteur à une forme parallélépipède rectangle en verre.
Pour étudier l’écoulement dans ce réacteur on a utilisé la notion de distribution des temps de
séjour (DTS).

La technique de détermination des temps de séjour (DTS) consiste à utiliser un traceur dont on
injecte une concentration donnée à l’entrée du système et dont on suit en fonction du temps sa
concentration à la sortie. Le traceur utilisé dans cette étude est une solution de chlorure de
sodium à 50 g/L, dont 50 mL ont été injectés instantanément à l’entrée du réacteur, sous forme

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d'un Dirac (injection-impulsion). La détection du signal en sortie du réacteur est réalisée par
méthode conductimétrique. Cette expérience est munie dans les conditions opératoires
suivantes :

-Le débit : 𝑄 = 5 𝐿/𝑚𝑖𝑛,

- Le volume du réacteur : 𝑉𝑅 = 93,5 𝐿,
-Le temps d’injection : 𝑡𝑖 = 5 𝑠,
- Le pas : 𝛥𝑡 = 2 𝑚𝑖𝑛,
- La conductivité de l’eau de réacteur : 1086 µs/cm,
- La conductivité de l’eau de bac : 1086 µs/cm.
Les résultats ce TP sont les suivants :

temps Concentrations (g/L)

0 0
2 0
4 0
6 0
8 0,0024
10 0,0288
12 0,0576
14 0,0616
16 0,052
18 0,044
20 0 ,0264
22 0,0264
24 0,0128
26 0,0096
28 0,0056
30 0,004
32 0,0024
34 0,0008
36 0
38 0
40 0
Exploitation des résultats

1) Calculer le temps de séjour moyen.

2) Si le réacteur est assimilé à N réacteur agités ouvert de même volume, Calculer N et tracer
E(t) (théorique et expérimentale) en fonction du temps.
3) Calculer le débit Q.
4) Peut-on assimiler le réacteur au modèle de Cholette et Cloutier ? Justifier votre réponse.
5) Conclure votre travail.

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TP2
Comparaison de réacteurs en continu :
Réacteurs parfaitement agités en cascade

But de TP
Détermination de la distribution des temps de séjour (DTS) dans un réacteur parfaitement agité
en cascade par une injection impulsion.

Protocole expérimental
- Effectuez les vérifications décrites dans la section installation de l’équipement
- Vérifiez que toutes les vannes sont fermées
- Préparez les solutions suivantes :
Réservoir réactif 1 : eau du réseau 20 l
Réservoir réactif 2 : solution à 50 mg/l (dilution : pour 5 litres d’eau : mettre
253 g de Nacl à 99 %).
- Ouvrez les vannes situées entre les pompes et les bacs de réactifs
- Ouvrez les vannes 2V1 et 2V2
- Ouvrez les vannes 0V1 et 1V1
- Ouvrez les vannes 0V2 et 1V2
- Mettre en route la pompe 1 connecté au réservoir de réactif 1 afin d’alimenter le pot de
débit constant (0T1)
- Lorsque le niveau d’eau arrive à 1-2 cm au-dessus du débordement du pot de débit
constant (0T1), l’eau retourne dans le réservoir et fermez la vanne 0V2
- Patientez environ 1 minute le temps de chasser l’air dans la tuyauterie puis ouvrez la
vanne 0V2
- Alimenter le réacteur en eau à15 l/h environ à l’aide de la vanne 0V3
- Mettre en route les agitateurs des réacteurs
- Mesurer la conductivité pour chaque point et notez les dans le tableau
- Arrêter la pompe 1 lorsque les réacteurs sont plein (l’eau coule par le tube de
débordement du réacteur inférieur)
- Mettre en route la pompe 2 connecté au réservoir de réactif 2 afin d’alimenter le pot de
débit constant (1T1)
- Lorsque le niveau d’eau arrive à 1-2 cm au-dessus du débordement du pot de débit
constant (1T1), la solution retourne dans le réservoir et fermez la vanne 1V2
- Patientez environ 1 minute le temps de chasser l’air dans la tuyauterie puis ouvrez la
vanne 1V2
- Alimenter le réacteur en eau à15 l/h environ à l’aide de la vanne 1V3
- Prendre les mesures toutes les 15 secondes
- Continuer d’alimenter pendant 1 minute
- Stopper la pompe 2, et démarrez immédiatement la pompe 1
- Lorsque le niveau d’eau arrive à 1-2 cm au-dessus du débordement du pot de débit
constant (0T1), fermez la vanne 0V2 puis la rouvrir après avoir chassé l’air

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- Prendre des mesures jusqu’à approcher la valeur conductivité initiale

Schéma de principe

0V2 1V2

1T1
0T1
Agitateur

1V1
0V1

2V2
2V1

1Z1 Réacteur 1.1

0Z1

2V3
1V3
0V3

Agitateur

T1
M1 T2 Réacteur 1.2

M2

2V4

T1, T2 : bidon d’alimentation 35 L

M1, M2 : pompes doseuses d’alimentation

0T1, 1T1 : pots de débit constant pour les réactifs

0Z1, 1Z1 : débitmètre à flotteur 2-46L/h

Réacteur 1.1, 1.2 : réacteurs parfaitement agités 0,5 L

Exploitation des résultats

1) Déterminer à partir des résultats obtenus la fonction E(t) (DTS) suivants le bilan établis
dans la partie théorique.
2) Tracer E(t) et C(t) en fonction du temps.
3) Comparer le temps de passage avec le temps de séjour moyen de la solution NaCl dans
le réacteur.

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TP3
Comparaison de réacteurs en continu :
Réacteur piston à grande dispersion

But de TP
Détermination de la distribution des temps de séjour (DTS) dans un réacteur piston à grande
dispersion par une injection impulsion.

Protocole expérimental
- Effectuez les vérifications décrites dans la section installation de l’équipement
- Vérifiez que toutes les vannes sont fermées
- Préparez les solutions suivantes :
Réservoir réactif 1 : eau du réseau 20 l
Réservoir réactif 2 : solution à 50 mg/l (dilution : pour 5 litres d’eau : mettre
253 g de Nacl à 99 %).
- Ouvrez les vannes situées entre les pompes et les bacs de réactifs
- Ouvrez les vannes 4V1 et 4V2
- Ouvrez les vannes 0V1 et 1V1
- Ouvrez les vannes 0V2 et 1V2
- Mettre en route la pompe 1 connecté au réservoir de réactif 1 afin d’alimenter le pot de
débit constant (0T1)
- Lorsque le niveau d’eau arrive à 1-2 cm au-dessus du débordement du pot de débit
constant (0T1), l’eau retourne dans le réservoir et fermez la vanne 0V2
- Patientez environ 1 minute le temps de chasser l’air dans la tuyauterie puis ouvrez la
vanne 0V2
- Alimenter le réacteur en eau à15 l/h environ à l’aide de la vanne 0V3
- Mettre en route les agitateurs des réacteurs
- Mesurer la conductivité pour chaque point et notez les dans le tableau
- Arrêter la pompe 1 lorsque les réacteurs sont plein (l’eau coule par le tube de
débordement du réacteur inférieur)
- Mettre en route la pompe 2 connecté au réservoir de réactif 2 afin d’alimenter le pot de
débit constant (1T1)
- Lorsque le niveau d’eau arrive à 1-2 cm au-dessus du débordement du pot de débit
constant (1T1), la solution retourne au réservoir et fermez la vanne 1V2
- Patientez environ 1 minute le temps de chasser l’air dans la tuyauterie puis ouvrez la
vanne 1V2
- Alimenter le réacteur en eau à15 l/h environ à l’aide de la vanne 1V3
- Prendre les mesures toutes les 15 secondes
- Continuer d’alimenter pendant 1 minute
- Stopper la pompe 2, et démarrez immédiatement la pompe 1
- Lorsque le niveau d’eau arrive à 1-2 cm au-dessus du débordement du pot de débit
constant (0T1), fermez la vanne 0V2 puis la rouvrir après avoir chassé l’air

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- Prendre des mesures jusqu’à approcher la valeur conductivité initiale

Schéma de principe

0V2 1V2

1T1
0T1

1V1
0V1

2V1 4V2
4V1

1Z1 Réacteur 4
0Z1

1V3
0V3

T1
M1 T2
M2 4V3

T1, T2 : bidon d’alimentation 35 L

M1, M2 : pompes doseuses d’alimentation

0T1, 1T1 : pots de débit constant pour les réactifs

0Z1, 1Z1 : débitmètre à flotteur 2-46L/h

Réacteur piston à grande dispersion d 0,5 L

Exploitation des résultats

1) Déterminer à partir des résultats obtenus la fonction E(t) (DTS) suivants le bilan établis
dans la partie théorique.
2) Tracer E(t) et C(t) en fonction du temps.
3) Comparer le temps de passage avec le temps de séjour moyen de la solution NaCl dans
le réacteur.