Chauffage et refroidissement du réacteur - modèle "Réacteur agité"
Objectif
- Calculer la température du mélange adiabatique de deux réactifs (I à 20°C, A à 70°C).
- Se familiariser avec le fonctionnement du contrôle de température du réacteur.
Réglages du modèle
- Régler les unités des entrées réacteur sur kg.h-1 et titre massique % (bouton
). - Régler la pureté d'alimentation du constituant A sur 100%.
- Régler la masse molaire de I sur 18 g.mol-1, et la masse molaire de A sur 40 g.mol-1.
- Régler les masses volumiques de A et I sur 1000 kg.m-3 et les Cp sur 4.18 kJ.kg.°C-1.
- Régler la température du bac d'alimentation de A sur 70°C, celle du bac de I sur 20°C (bouton Bacs).
Chargement du réacteur
Préparer 10 kg d'une solution de A dans I à 20% massique.
- Charger 8 kg d'inerte I à 20°C. Pour cela, cliquer sur le bouton FQ du régulateur et choisir "Quantité à charger", entrer 8 kg. Régler ensuite une consigne de débit de 250 kg.h-1 et mettre le régulateur en mode automatique. Mettre ensuite le régulateur en mode Cascade (rampe de la consigne vers une valeur de la consigne cible choisie, appuyer sur les bouton g+d ou la roulette de la souris).
- Contrôler la température du réacteur en fin de chargement de I.
- Mettre l'agitateur en service à 150 tours par minute.
- Charger 2 kg de constituant A à 70°C, toujours à une consigne de débit de 250 kg.h-1, suivre la température du réacteur sur l'historique adapté (bouton
) - Calculer la température théorique du mélange si la dilution est parfaitement adiabatique.
- Vérifier la température du réacteur en fin de chargement.
- Conclure sur l'origine possible de la différence.
Chauffage du réacteur
- Régler la consigne du TIC Chaud sur 50°C et la consigne du TIC froid sur 55°C.
- Mettre les deux régulateurs en automatique et suivre leur fonctionnement (débit et température d'entrée sortie du fluide chaud (huile), flux échangés serpentin et double enveloppe).
Refroidissement du réacteur
- Régler la consigne du TIC Chaud sur 15°C et la consigne du TIC froid sur 20°C, et suivre le fonctionnement (débit et température d'entrée sortie du fluide froid (eau), flux échangés serpentin et double enveloppe).
- Lorsque le réacteur est refroidit, vidanger.
Réponse
Température si mélange adiabatique: 8×4.18×(20-0)+2×4.18×(70-0)=10×4.18×(θ-0), d'ou θ=30°C.
La température obtenue est légèrement plus faible car le modèle n'est pas en mode adiabatique par défaut, et de l'énergie est échangée (cédée) vers l'huile contenue dans la double enveloppe, l'eau contenue dans le serpentin, il y a quelques pertes thermiques (température ambiante à 14°C par défaut), et le réacteur est froid qu départ.
Pour tenter d'obtenir exactement 30°C, on peut refaire l'opération en réglant le modèle thermique réacteur sur adiabatique (bouton ). On n'obtient toujours pas exactement 30°C car l'inertie thermique du réacteur reste prise en compte dans le modèle. Pour obtenir exactement 30°C, il faudrait partir d'un réacteur initialement à 30°C.
On peut par contre alimenter le réacteur en continu à par exemple 80 et 20 kg.h-1, et réguler un niveau à 10%. L'inertie thermique du réacteur n'intervient plus en régime stationnaire, et le réacteur se stabilise bien à 30°C.
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