Choisir un réacteur : discontinu, CSTR, PFR et lit fixe

01 / Introduction

Principes fondamentaux

Un réacteur discontinu est chargé, mis en réaction puis vidé.

Il convient aux recettes variables, mais le nettoyage prolonge le cycle.

Le CSTR idéal est parfaitement mélangé : la composition de sortie est celle de la cuve.

Le PFR idéal ne présente pas de mélange axial ; la composition évolue le long du trajet.

Un lit fixe immobilise un catalyseur solide.

Lit fixe décrit l’agencement du catalyseur, PFR un modèle d’écoulement : un lit réel peut s’écarter de cet idéal.

02 / Application

Prenons A → B, liquide, irréversible, isotherme, à densité constante et d’ordre un : k = 0.20 min⁻¹, q = 2 m³/min, X = 0.80.

Le bilan stationnaire CSTR est FA0X = (−rA)V avec CA = CA0(1−X).

On obtient τ = 20 min et V = 40 m³.

L’intégration du bilan PFR donne τ = 8.047 min et V = 16.094 m³.

Le temps de réaction discontinu à volume constant est identique ici, mais pas le cycle de production.

Les limites de transfert thermique sont exclues.

−rA = k CA
CSTR: τ = X / [k(1 − X)]
PFR: τ = −ln(1 − X) / k
Batch: t = −ln(1 − X) / k

03 / Avancé

Priorisez sélectivité et sécurité.

Des réactions concurrentes ou autocatalytiques peuvent inverser le classement volumique.

Plusieurs CSTR en série approchent le comportement piston.

Pour une réaction exothermique, ajoutez bilan énergétique, capacité de refroidissement et analyse d’emballement.

Un lit fixe demande une vitesse par masse de catalyseur, efficacité, désactivation et perte de charge.

N’insérez pas une vitesse volumique dans dFA/dW = r′A.

Validez cinétique et distribution des temps de séjour.