Caractéristiques des écoulements
Microréacteurs pour l'industrie

3.1 Écoulements monophasiques

Les petites dimensions des canaux dans les microréacteurs ou réacteurs microstructurés impliquent que le régime d’écoulement est presque toujours laminaire. Ceci se traduit par un profil parabolique des vitesses, et, dans le cas des géométries simples, des lignes de courant parallèles, engendrant donc des difficultés liées au temps de séjour et au mélange.

À cause des gradients radiaux de vitesses dans un profil parabolique, les molécules dans un écoulement ont des temps de séjours très variés dans un microcanal simple. En conséquence, l’écoulement est caractérisé par une forte dispersion axiale et une large distribution de temps de séjour, propriétés indésirables pour la réaction chimique. Il est donc important de contrôler l’écoulement en jouant sur la géométrie du canal afin de promouvoir un mouvement transversal et de diminuer la dispersion axiale.

Pour le mélange de fluides miscibles en régime laminaire, c’est la diffusion moléculaire qui contrôle l’opération – un mécanisme qui est très lent –, et non le mécanisme plus rapide de convection, prépondérant dans les écoulements turbulents (voir aussi ). Le transport diffusionnel obéit à une loi de Fick à partir de laquelle le temps de mélange s’exprime en fonction d’une distance caractéristique, d_l, et du coefficient de diffusion, D_m :

De cette relation, il est évident que le temps de mélange est fortement dépendant de la distance caractéristique du système, généralement assimilée à la largeur des filaments de fluides. Pour des géométries simples, comme les contacteurs en T ou en Y, la largeur des filaments est contrôlée par les dimensions des microcanaux, et la relation 1 permet une bonne évaluation du temps de mélange.

Cependant, la plupart des mélangeurs sont basés sur des mécanismes de mise contact plus...