Bilan énergétique réacteur MEK, écoulements, extrait BTS 2008
(Sujet inspiré de l'épreuve écrite de Génie Chimique du BTS Chimie session 2008, §1)
La déshydrogénation du butan-2-ol est réalisée en phase gazeuze dans un réacteur multitubulaire à lit fixe monté verticalement. La réaction est endothermique. Elle est réalisée de façon isotherme à 400°C, sous une pression de 1.5 bar absolus. Les calories nécessaires au maintien en température du réacteur sont apportées par circulation d'un fluide thermique côté calandre, qui rentre à 450°C et sort à 440°C.
Les débits molaires entrants et sortant du réacteur sont donnés:
Tableau de bilan réacteur de déshydrogénation du butan-2-ol | ||
Constituants | Débits entrée réacteur kmol.h-1 |
Débits sortie réacteur kmol.h-1 |
butan-2-ol | 73.3 | 29.3 |
MEK | 4.8 | 48.8 |
eau | 0.45 | 0.45 |
dihydrogène | 0.09 | 44.1 |
Total | 78.6 | 123 |
1°) Calculer le flux thermique à fournir au réacteur pour assurer son fonctionnement isotherme.
2°) Le réacteur est constitué de tubes dans lesquels est réparti le catalyseur. Montrer que le réacteur doit contenir 1040 tubes.
3°) Calculer la vitesse des réactifs dans les tubes. On se basera pour ce calcul sur un débit moyen de (123+78.6)/2=101 kmol.h-1. Calculer enfin le nombre de Reynolds et conclure sur le régime d'écoulement dans les tubes.
Données:
- Coefficient global d'échange entre le milieu réactionnel et le fluide caloporteur (rapporté à la surface interne des tubes): K=128 W.m-2.K-1,
- Masse volumique du mélange réactionnel: 1.66 kg.m-3,
- Viscosité du milieu réactionnel: 1.60.e-5 Pa.s
- Diamètre intérieur des tubes: di=44.0 mm
- Longueur des tubes: L=1 m
- Constante des gaz parfaits: R=8.31 J.mol-1.K-1.
Correction
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