Étude d’un réacteur chimique structuré de type échangeur à plaques hautes performances à l’aide d’un modèle à compartiments détaillé PDF Download
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Book Description
La mise en œuvre de réactions chimiques exothermiques est fortement limitée par la dissipation de l’énergie libérée. Afin de proposer une solution à ce problème, un nouveau type de réacteur multifonctionnel a été développé par la société Alfa Laval. Ce réacteur chimique est un échangeur de chaleur à hautes performances au sein duquel des chicanes ont été introduits pour améliorer le mélange. Par ailleurs, les réactifs peuvent être injectés à différents points du réacteur. De plus, de nombreuses configurations de circulation des fluides réactifs et caloporteur sont possibles. L’OPR (Open Plate Reactor) contenant 3 passes, l’écoulement de ces deux fluides peut être alterné à co- ou contre-courant dans chaque passe d’où 8 configurations sera possible. Afin d’étudier l’écoulement, des mesures de Distribution des Temps de Séjour (DTS) ont été réalisées pour de nombreuses conditions opératoires et pour différentes viscosités de fluide. L’écoulement a été modélisé par le modèle des mélangeurs en cascade avec échange avec une zone stagnante. Les temps d’échange et la proportion de volume stagnant ont été précisément estimés en fonction des débits et des viscosités. Les bilans de chaleur et de matière ont été inclus dans ce modèle afin de simuler trois réactions chimiques en milieu liquide homogène et pour lesquelles les cinétiques de réaction sont connues : Hydrolyse alcaline de l’acétate d’éthyle, Hydrolyse alcaline de l’éthylène glycol diacétate, Oxydation du thiosulfate par le peroxyde d’oxygène. Un accord satisfaisant a été obtenu entre les résultats expérimentaux et le modèle au niveau de la productivité, conversion et de la sélectivité des réactions. Pour la réaction exothermique, les profils de température expérimentaux ont été comparés avec ceux obtenus par le modèle. Les résultats obtenus par le modèle s’accordent bien avec ceux des expériences. Cet accord est moins satisfaisant pour certaines conditions opératoires où la température du point chaud est surestimée. Cet écart a été imputé à la conduction axiale dans le solide, non considérée dans le modèle. Le modèle a aussi été utilisé pour étudier le comportement du réacteur dans des configurations pour lesquelles il n’y a pas de données expérimentales. De plus, un nouveau concept de modèle à compartiments a été développé pour simuler les résultats obtenus avec des réactions tests de micromélange au niveau des injections des réactifs
Book Description
La mise en œuvre de réactions chimiques exothermiques est fortement limitée par la dissipation de l’énergie libérée. Afin de proposer une solution à ce problème, un nouveau type de réacteur multifonctionnel a été développé par la société Alfa Laval. Ce réacteur chimique est un échangeur de chaleur à hautes performances au sein duquel des chicanes ont été introduits pour améliorer le mélange. Par ailleurs, les réactifs peuvent être injectés à différents points du réacteur. De plus, de nombreuses configurations de circulation des fluides réactifs et caloporteur sont possibles. L’OPR (Open Plate Reactor) contenant 3 passes, l’écoulement de ces deux fluides peut être alterné à co- ou contre-courant dans chaque passe d’où 8 configurations sera possible. Afin d’étudier l’écoulement, des mesures de Distribution des Temps de Séjour (DTS) ont été réalisées pour de nombreuses conditions opératoires et pour différentes viscosités de fluide. L’écoulement a été modélisé par le modèle des mélangeurs en cascade avec échange avec une zone stagnante. Les temps d’échange et la proportion de volume stagnant ont été précisément estimés en fonction des débits et des viscosités. Les bilans de chaleur et de matière ont été inclus dans ce modèle afin de simuler trois réactions chimiques en milieu liquide homogène et pour lesquelles les cinétiques de réaction sont connues : Hydrolyse alcaline de l’acétate d’éthyle, Hydrolyse alcaline de l’éthylène glycol diacétate, Oxydation du thiosulfate par le peroxyde d’oxygène. Un accord satisfaisant a été obtenu entre les résultats expérimentaux et le modèle au niveau de la productivité, conversion et de la sélectivité des réactions. Pour la réaction exothermique, les profils de température expérimentaux ont été comparés avec ceux obtenus par le modèle. Les résultats obtenus par le modèle s’accordent bien avec ceux des expériences. Cet accord est moins satisfaisant pour certaines conditions opératoires où la température du point chaud est surestimée. Cet écart a été imputé à la conduction axiale dans le solide, non considérée dans le modèle. Le modèle a aussi été utilisé pour étudier le comportement du réacteur dans des configurations pour lesquelles il n’y a pas de données expérimentales. De plus, un nouveau concept de modèle à compartiments a été développé pour simuler les résultats obtenus avec des réactions tests de micromélange au niveau des injections des réactifs
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Ce travail se place dans le cadre d'une application industrielle. L'étude est menée afin d'obtenir une meilleure maîtrise d'un réacteur chimique-échangeur de chaleur au sein d'une unité industrielle de polycondensation. Une modélisation globale de connaissance est réalisée pour décrire les phénomènes physiques complexes observés. L'identification d'un modèle représentatif de la cinétique de la réaction chimique principale, la polycondensation, a été au préalable nécessaire. Ce modèle de connaissance dynamique est constitué d'un système de plusieurs équations aux dérivées partielles non linéaires du premier ordre de type hyperbolique. Les conditions aux limites de type Dirichlet sont non classiques à cause de la présence d'un point frontière de discontinuité de modèle dont la position varie dans le temps. Des méthodes numériques simples sont proposées pour résoudre ces différents points et réaliser une simulation du réacteur en régimes permanent et dynamique. Ceci a permis une validation du modèle de connaissance sur des mesures effectuées sur le procédé réel. Enfin, du modèle validé ont été déduits deux modèles de conduite simplifiés pour la commande du réacteur. L'un est un modèle à paramètres localisés de structure multivariable et l'autre est un système linéaire à paramètres répartis. Une loi de commande en dimension finie, optimale et multivariable avec contraintes, est appliquée aux deux modèles en simulation pour établir des propriétés comparatives en vue de l'application concrète au procédé réel
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Le couplage de la réaction et de l'échange thermique au sein du même appareil est intéressant lors de la mise en oeuvre de synthèses exothermiques. L'appareil étudié est un échangeur/réacteur fonctionnant en continu dont la structure est basée sur celle des échangeurs de chaleur à plaques. Le passage du batch au continu n'est pas sans difficultés et une des manières d'intensifier les transferts tout en conservant un temps de séjour suffisant (régime laminaire) est de structurer, en 2D, le chemin réactionnel. Les caractérisations expérimentales et numériques de différentes géométries de canaux ondulés ont permis de comprendre les mécanismes qui influencent les performances thermohydrauliques et le comportement des écoulements. Des corrélations reliant les critères de performance au nombre de Dean ont été établies et la démarche d'optimisation d'une géométrie en fonction des contraintes d'utilisation a pu être définie. Les premiers pas vers l'extrapolation font l'objet de la dernière partie de ces travaux et présentent un enjeu important pour le développement industriel de ces technologies. Les résultats de cette étude ont souligné l'intérêt d'un paramètre adimensionnel caractéristique : le nombre de Dean interne, qui permet de conserver les performances thermo-hydrauliques et donc de prédire leur évolution lors du processus de changement de taille.
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Cette thèse porte sur l'élaboration d'un échangeur-réacteur catalytique à plaques dont l'architecture 3D est optimisée pour la réaction de vaporeformage du méthane.Une étude thermodynamique permet d'établir la stabilité de divers oxydes (Al2O3, Y3Al5O12, Al2TiO5, MgAl2O4) dans les conditions opératoires du vaporeformage. L'alumine est retenue pour des raisonstechnico-économiques comme matériau constitutif du corps de l'échangeur-réacteur. Compte tenu du design complexe de l'échangeur-réacteur, sa fabrication est dissociée en deuxétapes : (i) la fabrication des plaques et (ii) l'assemblage de ces plaques pour constituer des modules élémentaires étanches. Les plaques sont mises en forme par stéréolithographie laser. L'optimisationet la maîtrise du procédé permet la réalisation de plaques de taille semi-industrielle (350x120x1,6 mm3). Ces plaques sont ensuite assemblées pour former un module élémentaire de 5 plaques ensuivant deux voies d'assemblage: (i) à partir de composants en cru et (ii) à partir de composants frittés. Ces deux voies requièrent l'intercalation d'une bande d'alumine obtenue par coulage en bande.La réaction de vaporeformage nécessite ensuite de fonctionnaliser l'échangeur-réacteur à l'aide d'un catalyseur. L'échangeur-réacteur impliquant des temps de contact des réactifs à la surface ducatalyseur très courts (de l'ordre de 100 millisecondes), des catalyseurs Rh/MgAl2O4 sont spécifiquement synthétisés à partir d'une méthode inspirée du sol-gel. Nous montrons alors que lamicrostructure ultradivisée de ces catalyseurs est particulièrement stable sous conditions opératoires laissant présager d'excellentes performances.
Author: Linda Strande Publisher: IWA Publishing ISBN: 1780404735 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 428
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It is estimated that literally billions of residents in urban and peri-urban areas of Africa, Asia, and Latin America are served by onsite sanitation systems (e.g. various types of latrines and septic tanks). Until recently, the management of faecal sludge from these onsite systems has been grossly neglected, partially as a result of them being considered temporary solutions until sewer-based systems could be implemented. However, the perception of onsite or decentralized sanitation technologies for urban areas is gradually changing, and is increasingly being considered as long-term, sustainable options in urban areas, especially in low- and middle-income countries that lack sewer infrastructures. This is the first book dedicated to faecal sludge management. It compiles the current state of knowledge of the rapidly evolving field of faecal sludge management, and presents an integrated approach that includes technology, management, and planning based on Sandecs 20 years of experience in the field. Faecal Sludge Management: Systems Approach for Implementation and Operation addresses the organization of the entire faecal sludge management service chain, from the collection and transport of sludge, and the current state of knowledge of treatment options, to the final end use or disposal of treated sludge. The book also presents important factors to consider when evaluating and upscaling new treatment technology options. The book is designed for undergraduate and graduate students, and engineers and practitioners in the field who have some basic knowledge of environmental and/or wastewater engineering.
Author: David M. Robbins Publisher: IWA Publishing ISBN: 178040476X Category : Science Languages : en Pages : 148
Book Description
This is a practical handbook providing a step-by-step approach to the techniques used for characterizing wastewater sources and investigating sites where collection, treatment and reuse/disposal technologies will be installed. It is intended to help enable local implementation of on-site and decentralized wastewater management system (DWMS)for wide scale use in development settings. How to Design Wastewater Systems for Local Conditions in Developing Countries helps local service providers and regulatory officials make informed decisions through the use of tools, checklists and case studies. It includes a link to a web based community of on-site and decentralized wastewater professionals, which contains related tools and case studies. This handbook serves as a reference for training classes, certification programs, and higher education programs in civil and sanitary engineering. There is an increasing interest on the part of local government officials and private sector service providers to implement wastewater treatment systems to solve sanitation problems. The model presented in this handbook promotes activities that first generate data related to source and site conditions that represent critical inputs, and then applies this information to the technology selection process. Matching the most appropriate technologies to the specific needs of the wastewater project is the key that leads to long term sustainability. How to Design Wastewater Systems for Local Conditions in Developing Countries is an invaluable resource for public sector decision makers and private sector service providers in developing countries. It is also a useful text for students at engineering colleges in developing countries interested in taking a class that teaches the methods of decentralized wastewater management system (DWMS) development.
Author: Mahvand Vafaei Alamdari
Author: Mahvand Vafaei Alamdari
Author: Youssoufi Touré
Author: Zoé Anxionnaz
Author: Sébastien Goudalle
Author: Linda Strande
Author: E. Glueckauf
Author: David M. Robbins
Author: 
Author: Canada. Patent Office
Author: Elizabeth Tilley