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Influence des conditions opératoires sur la sélectivité pour deux réactions concurrentes - modèle "Réacteur agité"

Objectif

On souhaite étudier la sélectivité en R et S de deux réactions concurrentes en fonction du mode opératoire. Les réactions et leurs cinétiques sont choisies pour leur symétrie de la façon suivante:

  • R1: A+2B -> R, ordre 1 par rapport à A et 2 par rapport à B
  • R2: 2A+B -> S, ordre 2 par rapport à A et 1 par rapport à B

Les masses molaires de A et B, les masses molaires de R et S, les constantes de vitesse (1 L3.mol-3.mn-1) et les enthalpies des deux réactions sont identiques. Charger par exemple le fichier de réaction "Réaction_concurentesA2BR_2ABS.txt" fournit avec l'installateur du logiciel.

Conditions opératoires

  • A et B en solution dans I (inerte) à 4 mol.L-1,
  • quantités de A et de B en solution mises en oeuvre 5 L (soit 20 moles chargées pour chaque réactif),
  • réacteur agité à 200 tr.mn-1 (attention, l'agitation influence la cinétique),
  • pas de chauffage ni de refroidissement, le réacteur étant à peu près adiabatique (quelques pertes thermiques),
  • taux de conversion du réactif en défaut supérieur ou égal à 95% (moins de 0.04 moles de A ou de B en fin de réaction)

Réaliser l'opération de réaction selon les cinq modes opératoires suivants, en remplissant le tableau fourni:

  1. chargement des 5 L de A, puis chargement de B à un débit de 50 L.h-1,
  2. chargement des 5 L de A, puis chargement de B à un débit de 125 L.h-1,
  3. chargement des 5 L de A, puis chargement de B à un débit de 250 L.h-1,
  4. chargement des 5 L de A et de B en ratio molaire, c'est à dire chacun au même débit, à 250 L.h-1,
  5. chargement des 5 L de B, puis chargement de A à un débit de 250 L.h-1.

Compléter le tableau ci-dessous

(En remarquant éventuellement la symétrie des essais 3 et 5)

Influence des conditions opératoires sur la sélectivité
pour deux réactions concurrentes
Mode opératoire 1 2 3 4 5
R produit (mol)
S produit (mol)
Temps d'opération (s)
Sélectivité R1
Sélectivité R2
A non converti (mol)
Taux conversion A %
B non converti (mol)
Taux conversion B %

Remarques

  • Pour le chargement des réactifs, on utilisera l'option "quantité à charger" via le bouton "FQ" des régulateurs (5 L), et les régulateurs seront mis en mode automatique avec la consigne choisie 50, 125 ou 250 L.h-1 (sans utiliser les rampes de consigne vers consigne cible via le mode Cascade).
  • Entre chaque réaction, on pourra réinitialiser les quantités présentes dans les bacs (bouton "bac", menus "remplir bacs réactifs" et "vider bacs produits").
  • On pourra s'aider du tableau (bouton ) intitulé "Bilan batch (moles)" regroupant les inventaires, la production et les cumuls. Attention, ce tableau n'est réinitialisé que par redémarrage du modèle.
  • Si vous choisissez de redémarrer le modèle entre chaque mode opératoire, ne pas oublier de recharger le fichier de réaction correspondant et de mettre l'agitateur en service avant chaque réaction.

Conclure sur les résultats obtenus

On peut par exemple tracer les points correspondant à l'enveloppe de production (S produit en fonction de R produit), le temps d'opération en fonction de la sélectivité de la réaction R1, ou autre.

Remarque: un fichier excel nommé "Ragité_Rconcurrentes.xls" est joint dans le répertoire d'installation du logiciel (normalement C:\Program Files\AZprocede\Pompes\exercices). Il contient le corrigé de cet exercice.