Distribution des temps de séjour et efficacité des réacteurs chimiques

La notion de distribution des temps de séjour (DTS) est utilisée en génie des procédés pour caractériser l'hydrodynamique d'un réacteur chimique ou de toute autre installation qui sont traversés par un fluide en circulation. Elle permet ainsi :

• soit de diagnostiquer la présence de zones stagnantes ou de phénomènes de court-circuit ;

• soit de pouvoir établir un modèle d'écoulement hydrodynamique qui permet de calculer les performances chimiques d'un réacteur.

Sont présentés successivement le rappel des principales propriétés des distributions des temps de séjour, les méthodes expérimentales d'acquisition des courbes de DTS, puis les méthodes d'élaboration des modèles de DTS pour les réacteurs idéaux et pour les réacteurs réels.

Les paramètres d'une DTS sont identifiés par comparaison entre expérience et modèle. Les méthodes de traitement du signal sont nombreuses, allant de la plus simple, c'est-à-dire la méthode des moments, en passant par les transformées de Laplace, puis par les transformées de Fourrier pour enfin aller vers la plus complexe, c'est-à-dire par la méthode de régression non linéaire directement sur les courbes. L'accent est mis non seulement sur les modalités de mise en œuvre, mais aussi sur la précision que l'on peut en attendre.

Deux exemples sont présentés :

• le premier sur un modèle à compartiments, le modèle des mélangeurs en cascade ;

• l'autre sur un modèle à paramètres distribués, le modèle à écoulement piston à dispersion axiale.

Deux programmes rédigés sous le logiciel Matlab ^® permettent au lecteur de mettre en œuvre facilement le mode de traitement le plus précis.