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RÉSUMÉ
L’anhydride phtalique est un produit très utilisé dans la synthèse organique, d’où le nombre important d’études répertoriées sur le sujet. Plusieurs procédés conduisent à sa fabrication, ils sont essentiellement basés sur l’oxydation ménagée de l’orthoxylène. Sur la base de cet exemple, cet article présente une méthodologie permettant d’étudier un réacteur catalytique fonctionnant en lit fixe. Il se focalise sur le choix du modèle et sur les profils de température et de concentration obtenus en fonction des différents paramètres retenus.
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Monique FERRER : Maître de conférences à l’École nationale supérieure des industries chimiques - Institut national polytechnique de Lorraine
INTRODUCTION
L’anhydride phtalique est un produit très utilisé dans la synthèse organique. Cela explique le très grand nombre d’études fait à son sujet. Les différents auteurs s’intéressent soit aux catalyseurs utilisés, à leur performance et à l’évolution de leur activité, soit au schéma cinétique détaillé, soit à de nouveaux réacteurs et à leur modélisation. Le but de ce dossier est de présenter, à l’aide de l’exemple de l’oxydation ménagée de l’o-xylène en anhydride phtalique, une méthodologie permettant d’étudier un réacteur catalytique fonctionnant en lit fixe. L’accent est mis sur l’importance du choix du modèle et sur l’influence des différents paramètres dans la prévision des profils de température et de concentration.
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- Version archivée 1 de sept. 1990 par Monique FERRER
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2. Données de base du calcul
2.1 Conditions opératoires
Celles-ci sont déterminées à partir de la référence . Les conditions de sécurité imposent un titre en orthoxylène dans le mélange d’alimentation très faible, voisin de 1 %. Le rapport massique air/o-xylène est de l’ordre de 20. Le débit d’alimentation en orthoxylène peut atteindre 6,67 × 10–2 kg · s–1 par mètre cube de masse catalytique. La température d’alimentation est voisine de 423 K.
Les tubes constituant le réacteur sont remplis de billes de 4 à 7 mm de diamètre. Le support est constitué d’alumine émaillée sur lequel est déposé le catalyseur.
La masse de catalyseur peut être calculée à partir des dimensions géométriques des tubes et de sa masse volumique.
le volume de chaque tube est de 6,93 × 10–4 m3 soit un volume total de 9,18 m3.
En supposant une porosité ε de 0,4, on en déduit un volume de catalyseur de 5,51 m3, ce qui conduit à un débit massique d’o-xylène de 0,37 kg · s–1 et à un débit massique d’air de 7,35 kg · s–1.
La section totale des tubes constituant le réacteur étant de 4,59 m2, le débit massique spécifique total vaut 1,68 kg · m–2 · s–1.
À partir des débits massiques, on détermine les flux molaires d’air et d’orthoxylène en divisant par leur masse molaire respective (M air = 29 × 10–3 kg · mol–1, M A = 106 · 10–3 kg · mol–1) d’où un titre molaire en o-xylène :
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - ANASTASOV (A.I.) - An investigation of the kinetic parameters of the o-xylene oxidation process carried out in a fixed bed of high-productive vanadia-titania catalyst. (Une recherche des paramètres cinétiques...
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