Cinétique - Réacteurs

Objectifs

Ce stage court d'une durée de 4 jours a pour objectifs de :

• Savoir définir les caractéristiques thermodynamiques et cinétiques des réactions chimiques
• Savoir définir et intégrer la loi de vitesse des réactions d’ordre simple et des réactions composées (équilibrées, concurrentes,consécutives)
• Connaître et optimiser les modes d'activation des réactions chimiques (thermique, catalytique)
• Savoir établir des équations de bilans matière et énergétique en réacteurs idéaux ouverts en régime permanent ou fermé avec un système réactionnel simple ou multiple.
• Savoir choisir un type de réacteur et ses conditions opératoires, y compris pour le cas des réacteurs polyphasiques.

Inscriptions

Contenu de la formation

Chapitre 1 : Caractéristiques thermodynamiques et cinétiques des réactions chimiques

1. Généralités

1.1. Définition d’un système physico-chimique.
1.2. Description d’un système physico-chimique.
         1.2.1. Paramètres de composition.

         1.2.2. Paramètres d’écoulement.

         1.2.3. Applications : pressions partielles, concentrations.
1.3. Évolution d’un système physico-chimique au cours du temps.
        1.3.1. Paramètres d’évolution temporelle.
        1.3.2. Application : oxydation du dioxyde de soufre.

2.    Fonctions thermodynamiques d’état

2.1. Définition et exemples.
2.2. Fonctions thermodynamiques différentielles.
2.3. Grandeurs de réaction.
         2.3.1.    Définitions.
         2.3.2.    Grandeurs standard de réaction.
         2.3.3.    Loi de Hess.    
         2.3.4.    Application : oxydation en phase gaz.

3.    Évolution et équilibre

3.1. Équilibre et loi d’action de masse.             
3.2. Constante d’équilibre.
         3.2.1. Définition et expression.
         3.2.2. Loi de Van’t Hoff.
         3.2.3. Composition d’un système à l’équilibre.    
         3.2.4. Application : décomposition du phosgène.
3.3. Loi de déplacement des équilibres.
         3.3.1. Loi de modération.
         3.3.2. Influence de la température.
         3.3.3. Influence de la pression.
         3.3.4. Application : synthèse d’hydrofluorocarbone.

4. Introduction à la cinétique formelle

4.1. Vitesse de réaction.
4.2. Paramètres cinétiques.
4.3. Loi de vitesse.
         4.3.1. Expression.
         4.3.2. Exemples.

Chapitre 2 : Cinétique des réactions chimiques irréversibles

1. Loi cinétique d’une réaction irréversible.

1.1. Loi de vitesse d’une réaction irréversible à un seul réactif.
        1.1.1. Procédure préliminaire.
        1.1.2. Forme différentielle de la loi de vitesse.
        1.1.3. Forme intégrée de la loi de vitesse.
        1.1.4. Application : réaction de dissociation en phase gaz
1.2. Lois de vitesse d’une réaction irréversible à plusieurs réactifs.
        1.2.1. Position du problème.
        1.2.2. Cas des réactifs en proportions stœchiométriques.
        1.2.3. Cas de la dégénérescence de l’ordre.
        1.2.4. Application : réduction du ferricyanure de potassium
        1.2.5. Cas général.

2. Méthodes de détermination de la loi de vitesse.

2.1. Méthode par intégration.
        2.1.1. Principe de la méthode.
        2.1.2. Méthode graphique par intégration.
        2.1.3. Application : action de l’iode sur l’ion periodate.
2.2. Méthode des temps de réaction partielle.
        2.2.1. Temps de demi-réaction.
        2.2.2. Temps de réaction quelconque
        2.2.3. Application : extrapolation de données
2.3. Méthode différentielle.
       2.3.1. Cas d’une réaction totale à un seul réactif.
       2.3.2. Cas d’une réaction totale à plusieurs réactifs.
        2.3.3. Application : réaction d’oxydation des iodures

Chapitre 3 : Activation des réactions chimiques

1. Activation thermique

1.1. Observations qualitatives.
1.2. Loi quantitative d’Arrhénius.
1.3. Application : détermination de l’énergie d’activation.
1.4. Application : optimisation de la température d’un réacteur.

2. Activation catalytique.

2.1. Généralités sur la catalyse.
        2.1.1. Définition
        2.1.2. Application : mode d’action du catalyseur.
2.2. Catalyseur et loi de vitesse
2.3. Différents cas de réactions catalytiques
        2.3.1. Définition : catalyse acido-basique, catalyse redox, catalyse de coordination
        2.3.2. Application : réaction catalysée en milieu acide.
        2.3.2. Application : réaction de déplacement du gaz à l’eau.

Chapitre 4 : Cinétique des réactions chimiques composées.

1. Réactions équilibrées.

1.1. Etude cinétique.
1.2. Etude thermodynamique.
1.3. Application : conversion d’un acide en sa lactone.
1.4. Généralisation.

2. Réactions concurrentes.

2.1. Cas des réactions jumelles.
2.2. Application : réactivité d’un pentènol.

3. Réactions consécutives.

3.1. Lois cinétiques.
3.2. Représentation graphique.
3.3. Application : métabolisme d’un médicament.

Chapitre 5 : Réacteurs idéaux : modèles asymptotiques pour les réacteurs réels

1. Les réacteurs idéaux de référence

1.1. Définition des 2 réacteurs idéaux de référence : réacteur parfaitement mélangé et réacteur tubulaire à hydrodynamique ‘piston’
1.2. Exemple de réacteurs industriels assimilables à un réacteur idéal
1.3. Choix d’un type de réacteur pour une application donnée

2. Les bilans de matière en réacteurs idéaux

2.1. Bilan de matière dans un RAC
2.2. Bilan de matière pour un réacteur ‘piston’
2.3. Dimensionnement ou performance des réacteurs idéaux
2.4. Cas d’exemple : réactions multiples

3. Les bilans thermiques en réacteurs idéaux

3.1. Les diverses politiques thermiques possibles pour un réacteur
3.2. Bilan thermique pour un RAC
3.3. Bilan thermique pour un réacteur ‘piston’
    3.3.1. Bilan global : cas adiabatique
    3.3.3. Bilan différentiel
3.4. Cas d’exemple : dimensionnement d’un réacteur pour une réaction à forte thermicité

4. Notions sur les réacteurs catalytiques à lit fixe

4.1. Technologie des réacteurs à lit fixe

4.2. Les divers objets catalytiques possibles

4.3. Les limitations à la réaction : transferts

Responsables de la formation :

Anne-Marie BILLET

Patrick COGNET

Odile DECHY-CABARET

Marie-Claude BETBEDER

Inscriptions

Condition d'accès

Techniciens et ingénieurs.

Inscriptions

Lieu(x) de la formation

• Toulouse

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