Réacteurs chimiques - Principes

Le génie des procédés peut être défini comme la science pour l’ingénieur dont l’objet est la mise en œuvre optimale des procédés de transformation physico‐chimique et /ou biologique des matières premières en produits fonctionnels. L’une des branches importantes du génie des procédés est le génie de la réaction chimique , qui s’intéresse aux méthodes de mise en œuvre rationnelle des transformations chimiques et en particulier aux appareils dans lesquels sont conduites les réactions : les réacteurs chimiques . Même si le réacteur ne représente qu’une part modeste de l’investissement dans un procédé industriel, son fonctionnement conditionne en grande partie les installations placées en amont (préparation des charges de réactif, choix des conditions de température et de pression) et les installations situées en aval (dispositifs de séparation des produits notamment). Une amélioration du rendement du réacteur de quelques unités peut donc se traduire par un abaissement notable des coûts d’investissement et des consommations de matière et d’énergie. En ce sens, on peut dire que le réacteur est véritablement le cœur du procédé , qui requiert toute l’attention de l’ingénieur.

La figure  1 indique, sous forme d’un schéma systémique , les principaux facteurs gouvernant le fonctionnement d’un réacteur chimique. Elle est suffisamment explicite pour qu’un long commentaire soit inutile. L’objet du génie de la réaction chimique est d’étudier les interactions entre ces facteurs.

Différents problèmes peuvent se poser à l’ingénieur :

• concevoir un réacteur assurant une production industrielle de spécifications données, à partir d’une transformation chimique reconnue possible au laboratoire ;

• conduire de manière optimale une opération discontinue ;

• transposer une opération discontinue en opération continue ;

• définir des critères d’extrapolation permettant le changement d’échelle ;

• optimiser un réacteur existant, porter un diagnostic sur son fonctionnement, l’automatiser ;

• assurer prioritairement la protection de l’environnement et la sûreté de fonctionnement par une maîtrise des conditions de réaction.

Cette liste n’est évidemment pas limitative. Dans chaque cas se posent les questions : de quelles données a‐t‐on besoin ? Quelles expériences de laboratoire, quels...