Réacteur (chimie) - Définition
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Introduction
En chimie, un réacteur est une enceinte ou récipient apte à la réalisation et l'optimisation de réactions chimiques et généralement de procédés de transformation de la matière (génie des procédés). Le but recherché dans un réacteur est l'homogénéité de la masse réactionnelle du point de vue de la température et du mélange des réactifs.
Par exemples :
- cuve : réacteur ouvert à l'atmosphère permettant de faire une transformation chimique,
- bioréacteur : réacteur permettant de faire une transformation biologique. Dans le cas d'une fermentation, on utilise aussi le terme de fermenteur.
- grignard : réacteur permettant de travailler sous légère pression ou dépression,
- autoclave : réacteur permettant de travailler sous forte pression.
En fonction des limitations imposées par la sécurité, la thermodynamique ou la cinétique, l'ingénieur-chimiste est chargé de dimensionner le réacteur afin d'optimiser la performance du procédé. Comme il n'est pas possible d'obtenir une conversion de 100% des réactifs, un bon dimensionnement permet de réduire les coûts de séparation et de réduire la quantité de déchets.
Généralité
Il existe des réacteurs de toutes tailles et de toutes formes. Dans les procédés continus, le réacteur est en général construit sur mesure, en fonction des spécificités de la réaction. Dans les procédés batch, on utilise des réacteurs polyvalents normés.
Les réacteurs sont construits en acier inoxydable (le plus courant), en émail (pour des réactions avec des acides ou autres produits corrosifs), voire en titane ou en hastelloy pour des réactions particulièrement corrosives.
La structure générale des réacteurs est une cuve avec un système de contrôle de température. Il existe différentes configurations pour le contrôle de température : un manteau situé tout autour de la cuve où circule le fluide caloporteur, le demi-tube soudé autour de la cuve où circule de manière forcée le fluide caloporteur, l'échangeur de chaleur interne (serpentin placé dans la cuve et l'échangeur de chaleur externe (le mélange réactionnel de la cuve est pompé à l'extérieur de la cuve, passe dans un échangeur de chaleur, puis est renvoyé dans la cuve).
| Volume nominal | Volume de travail max. | Volume total | Poids à vide | Surface d'échange (manteau) | Surface d'échange (demi-tube) |
|---|---|---|---|---|---|
| 63 | 87.5 | 100 | 350 | 0.63 | - |
| 100 | 126 | 138 | 400 | 0.86 | - |
| 160 | 198 | 218 | 450 | 1.2 | - |
| 250 | 330 | 363 | 750 | 1.48 | 1.1 |
| 400 | 465 | 512 | 900 | 2.04 | 1.63 |
| 630 | 800 | 900 | 1100 | 2.73 | 2.05 |
| 1000 | 1380 | 1550 | 1400 | 3.86 | 2.93 |
| 2500 | 3265 | 3665 | 2300 | 7.64 | 6.0 |
| 10000 | 10815 | 12160 | 6000 | 22.0 | 13.5 |
| 16000 | 18980 | 21120 | 8000 | 32.0 | 20.0 |
Autres réacteurs
Réacteur avec recyclage
Il s'agit en général d'un réacteur à écoulement piston dont une partie du flux de sortie est réinjectée dans le réacteur par mélange avec le flux d'entrée. Ce type de réacteur est couramment utilisé lorsque la conversion est faible dans le réacteur.
Cascade de réacteurs
Ce type de réacteur est caractérisé par une succession de réacteurs (plusieurs réacteurs continus ou un duo réacteur continu-réacteur à écoulement piston. Le flux de sortie du premier réacteur sert de flux d'entrée au second réacteur et ainsi de suite. Cette configuration permet d'atteindre des conversions très élevés.
