Article de référence | Réf : CHV2227 v1

Microréacteurs : outils d’intensification de la chimie

Auteur(s) : Clarisse MARIET, Christine DALMAZZONE, Marie MARSIGLIA, Emmanuel MIGNARD, Axel VANSTEENE, Laurent VIO

Date de publication : 10 juin 2019

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RÉSUMÉ

Les microréacteurs, réacteurs à écoulements continus miniaturisés, sont utilisés par l’industrie chimique pour remplacer les grosses unités d’exploitations par des microstructures (réacteurs, séparateurs, échangeurs, mélangeurs…) reliant efficacité, sécurité et mobilité. Ils entrent dans la conception de procédés de synthèse plus efficaces. Après avoir défini l’intensification des procédés et ses principes, l’article décrit des exemples de microréacteurs et des applications à la chimie fine.

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ABSTRACT

Microreactors: Tools for Intensification of Chemistry

Microreactors, miniature continuous flow reactors, are used by the chemical industry to replace large farms by microstructures units (reactors, separators, heat exchangers, mixers, ...) connecting efficiency. safety and mobility.They enter the design of more effective synthesis processes. After a description of processes intensification and its principles, the article describes examples of microreactors and fine chemistry applications.

Auteur(s)

  • Clarisse MARIET : Ingénieur chercheur - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France

  • Christine DALMAZZONE : Ingénieur de recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Rueil-Malmaison, France

  • Marie MARSIGLIA : Ingénieur de recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Rueil-Malmaison, France

  • Emmanuel MIGNARD : Chargé de recherche - CNRS, Université Bordeaux, Solvay, LOF, UMR 5258, Pessac, France

  • Axel VANSTEENE : Doctorant - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France

  • Laurent VIO : Ingénieur chercheur - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France

INTRODUCTION

L’impact sur l’environnement, pour ce qui est des déchets et de l’énergie consommée, est devenu un enjeu majeur sous la pression de la réglementation européenne, en particulier avec l’entrée en vigueur de REACH, le règlement relatif à l’enregistrement, l’évaluation et l’autorisation des produits chimiques. Le tout sur un marché toujours plus rude, où les coûts de production deviennent déterminants. Pour répondre à ces défis et accélérer la recherche, les équipes de recherche et l’industrie ont recours aux microréacteurs. Ils sont utilisés pour tester différentes voies de synthèse en parallèle, des conditions expérimentales ou la détermination des données cinétiques ou physico-chimiques avec, à la clé, un gain de temps appréciable.

Mais ce nouvel outil ouvre aussi des perspectives industrielles. Des synthèses, bannies ou délicates, deviennent possibles. Les laboratoires pharmaceutiques commencent à s’équiper bien que cela prenne du temps car l’intégration de microréacteurs au niveau industriel nécessite de revoir tout le procédé. Le passage aux microréacteurs est un changement de culture. Ils permettront de passer plus rapidement d’un procédé de recherche et développement (R&D) à une échelle industrielle par leur parallélisation.

Dans l’article [CHV 2 225] ont été exposés les avantages et les inconvénients des laboratoires sur puce, puis un état de l’art des microsystèmes développés spécifiquement pour des applications à la chimie séparative élémentaire (sels, métaux et radionucléides), pour les caractérisations chimiques et physico-chimiques des processus ainsi que pour l’intensification de la R&D. L’article [CHV 2 226] se focalise sur la conception de ces laboratoires sur puce, avec notamment l’exposé des fonctions de base, le choix des matériaux. Les principes de fonctionnement des microsystèmes séparatifs sont décrits de façon à comprendre comment ils ont été dimensionnés.

Traditionnellement, les réactions chimiques se font dans de grandes cuves, produisant simultanément d’importantes quantités de substances. Ces réacteurs volumineux ont de multiples défauts. Il est en effet difficile d’obtenir un mélange uniforme ou une température constante et il faut régulièrement stopper le processus pour vider la cuve. De plus, les réactions chimiques sont souvent développées à l’échelle du laboratoire mais plusieurs problèmes apparaissent quand il s’agit d’obtenir le même résultat à échelle industrielle. Ces problèmes peuvent être résolus par l’utilisation de microréacteurs dont le développement a été stimulé par celui des laboratoires sur puce. Le présent article est axé sur l’intensification obtenue grâce à ces microréacteurs. Désormais utilisés pour la chimie fine, des exemples d’intensification de procédés industriels y sont présentés.

Voir aussi les articles [J 500] et [J 7 002] du traité Procédés chimie – bio – agro | Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique et l’article [IN 94] du traité Procédés chimie – bio – agro | Chimie verte.

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KEYWORDS

miniaturization   |   screening   |   oil tank   |   industrial microreactor

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-chv2227


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ANR -   Comment les chercheurs peuvent-ils répondre aux enjeux de REACH ? Rapport des travaux menés en 2008 et 2009 dans le cadre de l’expertise collective du CNRS et l’atelier de réflexion prospective de l’ANR sur REACH,  -  I. ANR, Editor. (2010).

  • (2) - FALK (L.) -   Intensification des procédés.  -  L’actualité chimique 338-339, p. 101-111 (2010).

  • (3) - SABER (M.), COMMENGE (J.M.), FALK (L.) -   Rapid design of channel multi-scale networks with minimum flow maldistribution.  -  Chem. Eng. Process. : Process Intensification 48(3), p. 723-733 (2009).

  • (4) - COMMENGE (J.M.), FALK (L.) -   Methodological framework for choice of intensified equipment and development of innovative technologies.  -  Chem. Eng. Process : Process Intensification 84, p. 109-127 (2014).

  • (5) - ON (D.) -   Intensification des procédés. L’industrie chimique prépare sa mutation.  -  Info chimie magazine 513 (2012).

  • ...

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Fournisseurs

    Alfa Laval

    http://www.alfalaval.com

    Boostec

    http://www.boostec.com

    Corning

    https://www.corning.com/worldwide/en.html

    Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH

    http://www.ehrfeld.com

    FZK – Forschungszentrum Karlsruhe

    http://www.fzk.de

    Heatric

    http://www.heatric.com

    IMM – Institut für Mikrotechnik Mainz

    http://www.imm-mainz.de

    GmbH www. LTF-GmbH. de Microinnova

    http://www.microinnova.com

    Mikroglas Chemtech

    http://www.mikroglas.com

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