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Microréacteurs en synthèse chimique : rôle de l'hydrodynamique et effets de la miniaturisation

Ladeveze, Fabien (2005) Microréacteurs en synthèse chimique : rôle de l'hydrodynamique et effets de la miniaturisation. (Microreactors in chemical synthesis: role of the hydrodynamics and miniaturization effects.)

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Abstract

Le développement de systèmes miniaturisés, dits "microsystèmes" a progressé considérablement depuis les quinze dernières années. Ces systèmes, qui mesurent à peine quelques dizaines de micromètres, sont réalisés à partir des technologies de fabrication issues de la microélectronique. Plus récemment, ces technologies ont stimulé le développement des microréacteurs dans le champ du génie des procédés et des industries présentant des problématiques liées à la chimie. La présente thèse s'inscrit dans le cadre d'un programme de recherche plus large en cours au LGC et dont le thème central est l'étude des microréacteurs. De manière générale, très peu de travaux intègrent une approche de génie des procédés ayant pour but d'étudier le rôle de l'hydrodynamique et l'effet de la miniaturisation sur la performance du microréacteur. Les objectifs sont ici d'étudier le comportement hydrodynamique de liquide circulant dans un microcanal par une étude expérimentale et numérique (CFD). Les résultats ont révélé dans un premier temps un nombre de Poiseuille constant pour plusieurs géométries de microcanaux de même section. L'influence des conditions opératoires et les effets de la géométrie d'alimentation des microréacteurs mettent en évidence l'importance de la mise en contact des fluides sur l'efficacité d'une réaction chimique. D'autre part, quand l'interface se situe au centre du microcanal principal, la conversion est maximale pour des débits massiques d'alimentation égaux. La dernière partie axée sur les réactions d'estérification, montre que la cinétique de réaction est accélérée en augmentant la concentration de catalyseur. ABSTRACT : The development of miniaturized systems, called "microsystems", has evolved tremendously over the last 15 years. These systems typically have dimensions in the range of 0,3-1 mm and are created using new manufacturing techniques from the microelectronic industry. Recently, this micro technology have stimulated the development of micro-reactors, used in the engineering and manufacturing processes where chemical reactions are involved. This thesis is part of a current research program at LGC, related to the study and development of these micro-processes. So far, only a few studies have used a process engineering approach to analyze the role of hydrodynamics and the effect of miniaturization on the performance of micro-reactors. The main goal of the thesis is to study the hydrodynamics of a liquid, flowing through a microchannel, using experimental and numerical methods. The results show that the Poiseuille number is constant for the range of microchannel geometries studied, having identical cross-section. The chemical reaction has been slown to closely limited to the way the reactants are contacted and contacting pattern is highly dependent on the operating conditions, and the form of the geometry of the channel. In addition, the conversion is optimum, for equal mass flowrate, when the interface is located in the middle of the main microchannel. Lastly, the study of an esterification reaction shows that the kinetics are accelerated when the concentration of catalyst increases.

Other Institution (co-tutelle):University of Sydney
Department or laboratory:Laboratoire de Génie Chimique - LGC (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Xuereb, Catherine
Uncontrolled Keywords:Microréacteurs - Réaction chimique - Hydrodynamique - CFD. KEYWORDS : Microreactors - Chemical reactions - Hydrodynamics - CFD
Subjects:Process engineering > Process and environmental engineering
Deposited On:16 February 2006

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