Azprocede, simulation dynamique de procédéswww.azprocede.fr<br />Modèle: Réacteur agité, conduite batch<br />Réactions suc...
<ul><li>Réactions successives, étude de l’influence des conditions opératoires, conduite en mode batch, semi-continu.</li>...
PO oxyde de propylène
MPG (D, TPG) mono-propylène glycol (di- et tri-PG)</li></ul>Particularités: cinétique rapide, réaction fortement exothermi...
Eau en excès 10 kg (555.6 moles),
PO 6.5 kg (112.1 moles)</li></ul>Réacteur agité: résumé de l’exercice<br />
Présentat° réacteur agité: éq°, alim., soutirage, chauf., ref…<br />
On commence par charger le schéma réactionnel<br />
On commence par charger le schéma réactionnel<br />
On commence par charger le schéma réactionnel<br />
Le schéma réactionnel est chargé: eq° de réaction, propriétés des cst…<br />
On modifie ensuite le système d’unitésde L/h-mol/h à kg/h-%<br />On met la régulation de refroidissement en service, consi...
On règle la quantité d’eau à charger via le bouton FQ du régulateur<br />Régulation en service, consigne à 20°C<br />
On règle la quantité d’eau à charger via le bouton FQ à 10 kg<br />
On règle la quantité de PO à charger via le bouton FQ du régulateur<br />
On règle la quantité de PO à charger via le bouton FQ à 6.5 kg<br />
<ul><li>Les réglages précédents sont à reprendre pour chacun des protocole suivants:</li></ul>Protocole n°1: chargement co...
PO de 0 à 40 kg.h-1 avec rampe de la consigne à 10 kg.h-1.mn-1,</li></ul>Protocole n°4: chargement consécutif PO puis eau<...
Protocole n°1: on charge l’eau en premier à un débit de 250 kg.h-1.<br />
Lorsque la souris est sur le bouton FQ, on peut lire la quantité chargée et le temps restant. Le débit baisse en fin de ch...
Lorsque la quantité à charger est atteinte, elle est remise à zéroet le régulateur est forcé en manuel vanne fermée.<br />
On charge alors le PO à 40 kg.h-1, (10mn)<br />
Quantité chargée <br />
Historique température<br />La réaction est exothermique<br />
Tableau bilan batch kg: alim°, inventaires, prod°, cumuls…, énergie<br />
La température commence à baisser (Sech augmente)<br />
La température commence à baisser<br />
Fin du chargement du PO<br />16.5 kg chargés au totalréaction du PO<br />
Tout le PO a réagit, le réacteur a refroidit, on peut vidanger<br />Calcul de la sélectivité<br />R1, R2, R3<br />
Vidange en cours du réacteur (séparateur)<br />
Réacteur vidangé, relevés pour protocole n°1<br />Eau en excès<br />MPG DPG TPG formés<br />
<ul><li>Bilan MPG, DPG et TPG fabriqués :
pour fabriquer 1 mole de MPG (DPG, TPG), il faut 1 (2, 3) mole(s) de PO.
PO ayant réagit: 82+2×12.2+3×1.9=112.1 moles,
sélectivité en MPG σ 1=82/112.1=73.1%,
sélectivité en DPG σ2=2×12.2/112.1=21.7%,
sélectivité en TPG σ 3=3×1.9/112.1=5.2%,
vérification somme des sélectivités 73.1+21.7+5.2=100%.</li></ul>Réacteur agité: bilan protocole n°1<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40 kg.h-1<br />Eau 80 kg.h-1<br />PO rampe en cours<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40 kg.h-1<br />PO rampe en cours<br />Température en hausse<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40 kg.h-1<br />Fin rampe de PO<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />Fin de chargement eau<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />Fin de chargement PO<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />Tout le PO a réagit<br />MPG DPG TPG formés<br />
Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />MPG DPG TPG vidangés<br />Réacteur vidangé<br />
<ul><li>Bilan MPG, DPG et TPG fabriqués:
PO ayant réagit: 79.2+2×12.7+3×2.5=112.1 moles,
sélectivité en MPG σ 1=79.2/112.1=70.7%,
sélectivité en DPG σ2=2×12.7/112.1=22.7%,
sélectivité en TPG σ 3=3×2.5/112.1=6.7%,
somme des sélectivités 70.7+22.7+6.7=100%.</li></ul>Réacteur agité: bilan protocole n°2<br />
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Reactions Successives, etude de l'influence des conditions operatoires sur la selectivite, exercice AZprocede

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Un schéma réactionnel composé de trois réactions successives est étudié à l'aide du modèle réacteur agité. L'influence des conditions opératoires sur la sélectivité est analysée.

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Reactions Successives, etude de l'influence des conditions operatoires sur la selectivite, exercice AZprocede

  1. 1. Azprocede, simulation dynamique de procédéswww.azprocede.fr<br />Modèle: Réacteur agité, conduite batch<br />Réactions successives PO+eau-&gt;MPG, DPG, TPG<br />Influence des conditions opératoires<br />
  2. 2. <ul><li>Réactions successives, étude de l’influence des conditions opératoires, conduite en mode batch, semi-continu.</li></ul>Schéma réactionnel:<br /><ul><li>PO+H2O->MPG, PO+MPG->DPG, et PO+DPG->TPG
  3. 3. PO oxyde de propylène
  4. 4. MPG (D, TPG) mono-propylène glycol (di- et tri-PG)</li></ul>Particularités: cinétique rapide, réaction fortement exothermique, capacité du serpentin fonction du niveau<br />Contraintes que l’on se fixe (arbitrairement):<br /><ul><li>Température inférieure à 100°C (viser 95°C),
  5. 5. Eau en excès 10 kg (555.6 moles),
  6. 6. PO 6.5 kg (112.1 moles)</li></ul>Réacteur agité: résumé de l’exercice<br />
  7. 7. Présentat° réacteur agité: éq°, alim., soutirage, chauf., ref…<br />
  8. 8. On commence par charger le schéma réactionnel<br />
  9. 9. On commence par charger le schéma réactionnel<br />
  10. 10. On commence par charger le schéma réactionnel<br />
  11. 11. Le schéma réactionnel est chargé: eq° de réaction, propriétés des cst…<br />
  12. 12. On modifie ensuite le système d’unitésde L/h-mol/h à kg/h-%<br />On met la régulation de refroidissement en service, consigne à 20°C<br />On démarre l’agitateur à 200 tr.mn-1<br />
  13. 13. On règle la quantité d’eau à charger via le bouton FQ du régulateur<br />Régulation en service, consigne à 20°C<br />
  14. 14. On règle la quantité d’eau à charger via le bouton FQ à 10 kg<br />
  15. 15. On règle la quantité de PO à charger via le bouton FQ du régulateur<br />
  16. 16. On règle la quantité de PO à charger via le bouton FQ à 6.5 kg<br />
  17. 17. <ul><li>Les réglages précédents sont à reprendre pour chacun des protocole suivants:</li></ul>Protocole n°1: chargement consécutif eau puis PO<br /><ul><li>Eau à 250 kg.h-1, puis PO à 40 kg.h-1,</li></ul>Protocole n°2 (et 3): chargement simultané eau/PO<br /><ul><li>Eau à 80 kg.h-1,
  18. 18. PO de 0 à 40 kg.h-1 avec rampe de la consigne à 10 kg.h-1.mn-1,</li></ul>Protocole n°4: chargement consécutif PO puis eau<br /><ul><li>PO à 250 kg.h-1, puis eau à 10 kg.h-1, réduit selon température,</li></ul>Protocole n°5: chargements instantanés<br />Protocole n°6: réaction en continu.<br />Réacteur agité: réactions successives, 6 protocoles<br />
  19. 19. Protocole n°1: on charge l’eau en premier à un débit de 250 kg.h-1.<br />
  20. 20. Lorsque la souris est sur le bouton FQ, on peut lire la quantité chargée et le temps restant. Le débit baisse en fin de chargement.<br />
  21. 21. Lorsque la quantité à charger est atteinte, elle est remise à zéroet le régulateur est forcé en manuel vanne fermée.<br />
  22. 22. On charge alors le PO à 40 kg.h-1, (10mn)<br />
  23. 23. Quantité chargée <br />
  24. 24. Historique température<br />La réaction est exothermique<br />
  25. 25. Tableau bilan batch kg: alim°, inventaires, prod°, cumuls…, énergie<br />
  26. 26. La température commence à baisser (Sech augmente)<br />
  27. 27. La température commence à baisser<br />
  28. 28. Fin du chargement du PO<br />16.5 kg chargés au totalréaction du PO<br />
  29. 29. Tout le PO a réagit, le réacteur a refroidit, on peut vidanger<br />Calcul de la sélectivité<br />R1, R2, R3<br />
  30. 30. Vidange en cours du réacteur (séparateur)<br />
  31. 31. Réacteur vidangé, relevés pour protocole n°1<br />Eau en excès<br />MPG DPG TPG formés<br />
  32. 32. <ul><li>Bilan MPG, DPG et TPG fabriqués :
  33. 33. pour fabriquer 1 mole de MPG (DPG, TPG), il faut 1 (2, 3) mole(s) de PO.
  34. 34. PO ayant réagit: 82+2×12.2+3×1.9=112.1 moles,
  35. 35. sélectivité en MPG σ 1=82/112.1=73.1%,
  36. 36. sélectivité en DPG σ2=2×12.2/112.1=21.7%,
  37. 37. sélectivité en TPG σ 3=3×1.9/112.1=5.2%,
  38. 38. vérification somme des sélectivités 73.1+21.7+5.2=100%.</li></ul>Réacteur agité: bilan protocole n°1<br />
  39. 39. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40 kg.h-1<br />Eau 80 kg.h-1<br />PO rampe en cours<br />
  40. 40. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40 kg.h-1<br />PO rampe en cours<br />Température en hausse<br />
  41. 41. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40 kg.h-1<br />Fin rampe de PO<br />
  42. 42. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />Fin de chargement eau<br />
  43. 43. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />Fin de chargement PO<br />
  44. 44. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />Tout le PO a réagit<br />MPG DPG TPG formés<br />
  45. 45. Protocole n°2: chargements simultanés, eau 80 kg.h-1, PO 40kg.h-1<br />MPG DPG TPG vidangés<br />Réacteur vidangé<br />
  46. 46. <ul><li>Bilan MPG, DPG et TPG fabriqués:
  47. 47. PO ayant réagit: 79.2+2×12.7+3×2.5=112.1 moles,
  48. 48. sélectivité en MPG σ 1=79.2/112.1=70.7%,
  49. 49. sélectivité en DPG σ2=2×12.7/112.1=22.7%,
  50. 50. sélectivité en TPG σ 3=3×2.5/112.1=6.7%,
  51. 51. somme des sélectivités 70.7+22.7+6.7=100%.</li></ul>Réacteur agité: bilan protocole n°2<br />
  52. 52. La réaction est bloquée<br />(mise en pause)<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  53. 53. L’eau et le PO sont chargés<br />Réacteur vidangé<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  54. 54. La réaction est libérée<br />La réaction, très rapide, dégage bcp de calorie en très peu de temps<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  55. 55. Le réacteur monte à près de 295°C<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  56. 56. La réaction est terminée, la température baisse<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  57. 57. MPG DPG TPG produits<br />Réacteur vidangé<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  58. 58. MPG DPG TPG vidangés<br />Réacteur vidangé<br />Protocole n°5: chargement instantané eau PO<br />
  59. 59. <ul><li>Bilan MPG, DPG et TPG fabriqués:
  60. 60. PO ayant réagit: 82.5+2×12.1+3×1.9=112.1 moles,
  61. 61. sélectivité en MPG σ 1=82.5/112.1=73.5%,
  62. 62. sélectivité en DPG σ2=2×12.1/112.1=21.5%,
  63. 63. sélectivité en TPG σ 3=3×1.9/112.1=5.0%,
  64. 64. somme des sélectivités 73.5+21.5+5.0=100%.</li></ul>Réacteur agité: bilan protocole n°5<br />
  65. 65. Protocole n°6: RAC, réaction en continu<br />Pour démarrer, on charge le réacteur avec 16.5 kg d’eau<br />
  66. 66. Protocole n°6: RAC, réaction en continu<br />Puis on alimente à l’eau à 80 kg.h-1 et le PO à 40 kg.h-1<br />
  67. 67. Protocole n°6: RAC, réaction en continu<br />Mise en régime stationnaire du réacteur<br />MPG DPG TPG produits<br />
  68. 68. Protocole n°6: RAC, réaction en continu<br />MPG DPG TPG produits<br />~= MPG DPG TPG sortis?<br />
  69. 69. Protocole n°6: RAC, réaction en continu<br />On est en régime stationnaire ~ au bout d’une heure environ<br />MPG DPG TPG produits<br />= MPG DPG TPG sortis!<br />
  70. 70. Protocole n°6: RAC, réaction en continu<br />MPG DPG TPG produits<br />Autres débits pour conserver le ratio eau/PO=10/6.5=1.54<br />
  71. 71. <ul><li>Bilan MPG, DPG et TPG fabriqués:
  72. 72. PO ayant réagit: 505.3+2×107.5+3×45.3=856.1 moles,
  73. 73. sélectivité en MPG σ 1=505.3/856.1=59.0%,
  74. 74. sélectivité en DPG σ2=2×107.5/856.1=25.1%,
  75. 75. sélectivité en TPG σ 3=3×45.3/856.1=15.9%,
  76. 76. somme des sélectivités 59+25.1+15.9=100%.</li></ul>Réacteur agité: bilan protocole n°6<br />
  77. 77. <ul><li>Pour favoriser la réaction 1 -> eau en excès, eau/PO élevé,
  78. 78. Pour favoriser la réaction 3 -> eau en défaut dans le milieu réactionnel (moins de dilution des calories).
  79. 79. Protocoles semi-continu, eau/PO=1.54:
  80. 80. P1 eau puis PO: la réaction se fait en excès d’eau, d’où la sélectivité en MPG élevée 73.1%,
  81. 81. P2 eau et PO en ratio, eau/PO=2 pendant le chargement mais excès d’eau plus faible en moyenne, sélectivité MPG 70.7%,
  82. 82. P4 PO puis eau: la réaction se fait en excès de PO, d’où la sélectivité en MPG la plus faible 1%, sélectivité TPG 96.8%
  83. 83. P5 réaction instantanée: idem P1 mais dépassement 290°C!
  84. 84. Protocole continu, eau/PO=1.54:
  85. 85. P6: sélectivité MPG 59%, < P1 car l’inventaire en M(D)PG est plus élevé dans le milieu réactionnel, d’où formation de D(T)PG.</li></ul>Réacteur agité: conclusion<br />

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