FR3116736A1 - Reacteur chimique presentant une conception ameliorant la distribution des temps de sejour - Google Patents

Reacteur chimique presentant une conception ameliorant la distribution des temps de sejour Download PDF

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Abstract

L’invention se rapporte à un réacteur chimique (1) comprenant un dispositif d’agitation (4) dans une enceinte de circulation (6) comportant une pluralité de compartiments (28) se succédant le long de l’axe central longitudinal (10) de l’enceinte, chaque compartiment étant délimité axialement entre : - une première structure annulaire (20a) définissant un passage annulaire extérieur (32a) de réactif fluide d’un compartiment à un autre ; et - une seconde structure annulaire (20b) définissant un passage annulaire intérieur (32b) de réactif fluide d’un compartiment à un autre, les premières et les secondes structures annulaires (20a, 20b) étant agencées en alternance le long de l’axe central longitudinal (10) de l’enceinte. De plus, le dispositif d’agitation (4) comporte les secondes structures annulaires (20b), ainsi que des éléments de brassage (24) solidarisés à la portion périphérique extérieure (220b) d’au moins certaines des secondes structures annulaires (20b). Figure pour l’abrégé : Figure 3.

Description

REACTEUR CHIMIQUE PRESENTANT UNE CONCEPTION AMELIORANT LA DISTRIBUTION DES TEMPS DE SEJOUR
La présente invention se rapporte au domaine des réacteurs chimiques comprenant un dispositif d’agitation. Un tel dispositif d’agitation est généralement mis en œuvre pour améliorer les performances du réacteur, notamment en matière de transfert thermique des parois du réacteur avec le/les réactifs fluides qui circulent dans son enceinte.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Il existe une grande diversité de conception de réacteurs chimiques. A titre d’exemples, il est connu des réacteurs tubulaires à écoulement piston, à écoulement turbulent, à écoulement laminaire, des réacteurs parfaitement agités, des réacteurs parfaitement agités en cascade, etc.
Le choix s’effectue habituellement en fonction des paramètres de fonctionnement souhaités, parmi lesquels la température, la pression, les temps de séjour, le type de réactifs utilisés, etc.
La distribution des temps de séjour (DTS) peut constituer un paramètre particulièrement important. Dans certains cas, il est recherché une dispersion la plus faible possible pour ce paramètre. Néanmoins, seules quelques conceptions sont capables d’offrir une distribution des temps de séjour peu étalée, avec une faible traînée. C’est le cas notamment des réacteurs tubulaires à écoulement piston. Cependant, ceux-ci sont généralement équipés d’un milieu poreux comme une mousse métallique, afin de garantir un profil de vitesse uniforme dans l’enceinte de circulation du/des réactifs fluides. Or lorsqu’un réactif fluide chargé de particules solides circule dans un milieu poreux, des phénomènes de bouchage peuvent survenir rapidement. En cas d’encrassement, le nettoyage du milieu poreux s’avère fastidieux. Bien que présentant satisfaction en matière de distribution des temps de séjour, les réacteurs tubulaires à écoulement piston demeurent ainsi inadaptés lorsque les réactifs fluides sont chargés de particules solides.
Les réacteurs parfaitement agités en cascade sont également réputés intéressants en matière de distribution des temps de séjour, mais celle-ci reste relativement étalée même avec un nombre important de réacteurs reliés en cascade. Pour atteindre des performances satisfaisantes en matière de distribution des temps de séjour, il est en réalité requis la mise en œuvre d’un très grand nombre de réacteurs en cascade, rendant cette solution particulièrement complexe et coûteuse.
Il subsiste donc un besoin d’optimisation des conceptions existantes, de manière à aboutir à un réacteur chimique capable d’offrir une distribution des temps de séjour peu étalée, tout en présentant une conception simple et compatible avec la circulation de réactifs fluides chargés de particules solides.
Pour répondre à ce besoin, l’invention a pour objet un réacteur chimique comprenant une enveloppe extérieure délimitant une enceinte de circulation d’au moins un réactif fluide, le réacteur comportant également un dispositif d’agitation du réactif fluide, logé de manière rotative dans l’enceinte de circulation autour d’un axe de rotation parallèle ou confondu avec un axe central longitudinal de l’enceinte de circulation.
Selon l’invention, le réacteur comporte un arbre logé dans l’enceinte de circulation et centré sur l’axe de rotation du dispositif d’agitation, l’enceinte comportant une pluralité de compartiments se succédant le long de l’axe central longitudinal et communiquant les uns avec les autres de manière à pouvoir être traversés successivement par le réactif fluide circulant dans l’enceinte, chaque compartiment étant délimité axialement entre :
- une première structure annulaire agencée autour de l’arbre et raccordée à celui-ci, la première structure annulaire présentant une portion périphérie extérieure espacée radialement de l’enveloppe extérieure, de manière à définir avec celle-ci un passage annulaire extérieur de réactif fluide d’un compartiment à un autre ; et
- une seconde structure annulaire agencée autour de l’arbre et présentant une portion périphérique intérieure espacée radialement de l’arbre, de manière à définir avec celui-ci un passage annulaire intérieur de réactif fluide d’un compartiment à un autre.
De plus, les premières et les secondes structures annulaires sont agencées en alternance le long de l’axe central longitudinal de l’enceinte, et enfin, le dispositif d’agitation rotatif comporte les secondes structures annulaires, ainsi que des éléments de brassage solidarisés à la portion périphérique extérieure d’au moins certaines desdites secondes structures annulaires.
L’invention présente une conception simple, compatible avec la circulation de réactifs fluides chargés de particules solides, et surtout présentant une distribution améliorée des temps de séjour. L’optimisation de ce dernier paramètre s’explique par la forte limitation, voire par l’absence de zones mortes dans les compartiments, et ce en raison de la combinaison d’une part du cheminement forcé du type en zigzag / chicane pour le réactif circulant dans l’enceinte, et d’autre part des éléments de brassage mettant ce réactif fluide en mouvement à proximité de l’enveloppe extérieure du réacteur.
En outre, la conception particulière du dispositif d’agitation remplit de manière satisfaisante les fonctions d’un agitateur classique, puisqu’il contribue à l’homogénéisation des aspects thermiques et de concentrations, ici aussi grâce à la combinaison du cheminement forcé et des éléments de brassage.
L’invention prévoit de préférence au moins l’une quelconque des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
De préférence, le dispositif d’agitation rotatif comporte également les premières structures annulaires, ainsi que l’arbre. Néanmoins, ces éléments pourraient rester fixes, non-intégrés au dispositif d’agitation rotatif. Quoi qu’il en soit, l’invention présente préférentiellement une conception simple permettant d’extraire aisément le dispositif d’agitation de l’enceinte, notamment pour faciliter le nettoyage du réacteur.
De préférence, les éléments de brassage assurent le maintien mécanique des secondes structures annulaires les unes par rapport aux autres. Alternativement, des éléments additionnels pourraient assurer ce maintien mécanique des secondes structures annulaires, mais cette caractéristique préférentielle de l’invention permet de conférer une double fonction aux éléments de brassage, simplifiant ainsi la conception du dispositif d’agitation rotatif.
De préférence, chaque élément de brassage relie, respectivement avec ses deux extrémités opposées, la portion périphérique extérieure de deux secondes structures annulaires, de préférence directement consécutives le long de l’axe central longitudinal.
De préférence, chaque élément de brassage prend la forme d’une pale, de préférence orientée parallèlement ou sensiblement parallèlement à l’axe central longitudinal. Une inclinaison de l’élément de brassage pourrait néanmoins être prévue entre les deux secondes structures annulaires qu’il relie, par exemple en adoptant une orientation oblique, ou encore une forme hélicoïdale.
De préférence, les éléments de brassage sont alignés de manière à former des bandes s’étendant chacune sur une longueur axiale strictement supérieure à l’écartement axial entre deux secondes structures annulaires directement consécutives le long de l’axe central longitudinal, et de préférence sur une longueur axiale égale ou sensiblement égale à celle du dispositif d’agitation rotatif.
De préférence, chaque bande est orientée axialement ou sensiblement axialement, ou éventuellement de manière oblique. Alternativement, et toujours à titre d’exemple, chaque bande peut présenter une forme hélicoïdale.
De préférence, à chaque compartiment, il est associé au moins deux éléments de brassage répartis autour de l’axe de rotation, et de préférence trois ou quatre éléments de brassage répartis autour de cet axe de rotation. La répartition angulaire des éléments de brassage est préférentiellement effectuée de manière régulière.
De préférence, la portion périphérie extérieure de chaque seconde structure annulaire présente un diamètre extérieur sensiblement identique à celui d’une surface intérieure de l’enveloppe délimitant l’enceinte de circulation. Préférentiellement, seul un faible jeu radial de fonctionnement est prévu entre la portion périphérie extérieure de chaque seconde structure annulaire et la surface intérieure de l’enveloppe, de manière à autoriser la rotation du dispositif d’agitation.
De préférence, les premières et secondes structures annulaires sont agencées orthogonalement à l’axe de rotation. Alternativement, elles pourraient être inclinées par rapport à un plan normal à cet axe, sans sortir du cadre de l’invention.
De préférence, une jonction continue entre la surface extérieure de l’arbre, et une portion périphérique intérieure de chaque première structure annulaire, interdit le passage du réactif entre ces éléments. Alternativement, un passage de réactif faible à modéré reste possible au niveau de cette jonction avec l’arbre, mais dans un tel cas, la conception permet préférentiellement à la majorité du débit de réactif fluide de passer par le passage annulaire extérieur, lorsqu’il rencontre l’une quelconque des premières structures annulaires.
De préférence, l’enveloppe extérieure comporte une entrée de réactif fluide pour l’introduction de ce réactif dans l’enceinte de circulation, ainsi qu’une sortie de réactif fluide pour l’extraction de ce fluide en dehors de l’enceinte, les entrée et sortie étant espacées l’une de l’autre le long de l’axe central longitudinal.
De préférence, le nombre de compartiments, se succédant dans l’enceinte le long de l’axe central longitudinal, est supérieur ou égal à dix, préférentiellement supérieur ou égal à vingt, et encore plus préférentiellement supérieur ou égal à cinquante. Ce nombre peut d’ailleurs aller bien au-delà, puisque plus il est élevé, plus la distribution des temps de séjour s’en trouve améliorée, avec une diminution de l’étalement et de la traînée.
De préférence, le rapport entre la longueur axiale du dispositif d’agitation rotatif, et l’écartement axial entre une première et une seconde structure annulaire quelconques et directement consécutives, est supérieur ou égale à cinquante, et de préférence supérieur ou égal à cent.
De préférence, le réacteur est un réacteur chimique tubulaire, avec son enceinte de circulation présentant un diamètre par exemple compris entre 2 et 10 cm. D’autres dimensions sont bien évidemment possibles pour ce diamètre, sans sortir du cadre de l’invention.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;
représente une vue en perspective d’un réacteur chimique, selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;
représente une vue en perspective d’un dispositif d’agitation équipant le réacteur chimique montré sur la ;
représente une vue en coupe longitudinale d’une partie du dispositif d’agitation montrée sur la ;
est une vue en coupe transversale du dispositif d’agitation, prise selon la ligne IV-IV de la ;
est une autre vue en coupe transversale du dispositif d’agitation, prise selon la ligne V-V de la ;
est une vue similaire à celle de la , avec le dispositif d’agitation se présentant selon une forme alternative ;
est un graphe illustrant la distribution des temps de séjour avec le réacteur chimique montré sur les figures précédentes ; et
est un graphe illustrant la fonction de répartition des temps de séjour avec le réacteur chimique montré sur les figures 1 à 5.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence aux figures 1 à 5, il est représenté un réacteur chimique tubulaire 1, se présentant sous la forme d’un mode de réalisation préféré de l’invention.
Globalement, le réacteur chimique 1 comporte une enveloppe extérieure 2 délimitant une enceinte 6 de circulation d’un ou plusieurs réactifs fluides, ainsi qu’un dispositif d’agitation 4 logé de manière rotative dans l’enceinte 6.
L’enveloppe extérieure 2 est de forme tubulaire, de section intérieure circulaire. Plus précisément, une surface intérieure 8 de l’enveloppe, délimitant l’enceinte de circulation 6, présente un diamètre de préférence de l’ordre de 2 à 10 cm, par exemple de 5 cm. L’enceinte 6 adopte ainsi une forme générale cylindrique de section circulaire, centrée sur un axe central longitudinal 10 de cette enceinte, autour duquel se trouve la surface intérieure 8 de l’enveloppe. L’axe central longitudinal 10 traverse deux portions d’extrémité axiale opposées 12a, 12b de l’enveloppe, fermant axialement l’enceinte 6 de part et d’autre du réacteur 1.
L’enveloppe extérieure 2 présente une longueur axiale L, selon l’axe 10, par exemple de l’ordre de 50 cm. Cet ordre de grandeur de la longueur axiale L de l’enveloppe 2 est considéré comme étant également celui de la longueur axiale du dispositif d’agitation 4, ou encore celui de la longueur axiale de l’enceinte 6 occupé axialement en intégralité ou quasi-intégralité par le dispositif d’agitation rotatif 4. Par conséquent, dans la description et sur les figures, la longueur axiale « L » se rapporte à la longueur de l’un quelconque des éléments parmi l’enveloppe 2, l’enceinte 6 et le dispositif d’agitation 4, selon la direction de l’axe 10.
Le dispositif d’agitation 4 est monté rotatif sur la portion d’extrémité axiale 12a de l’enveloppe 2, selon un axe de rotation qui est ici confondu avec l’axe central longitudinal 10 de l’enceinte 6. De manière classique, le dispositif d’agitation 4 est entrainé en rotation par un moteur M.
Le dispositif d’agitation 4 logé dans l’enceinte 6 comporte préférentiellement quatre types de composants, qui vont être décrits ci-après. Il s’agit tout d’abord de première structures annulaires 20a et de secondes structures annulaires 20b, agencées en alternance le long de l’axe 10. Il s’agit ensuite d’un arbre 22 centré sur l’axe 10 et portant les premières structures annulaires 20a, et il s’agit enfin d’éléments de brassage 24 solidarisés aux secondes structures annulaires 20b, de préférence pour assurer le maintien mécanique des unes par rapport aux autres.
Les premières et secondes structures annulaires 20a, 20b prennent chacune la forme d’une rondelle de faible épaisseur, agencée orthogonalement à l’axe 10 et centrée sur celui-ci. Leur alternance le long de l’axe 10 permet de créer des compartiments interconnectés 28 dans l’enceinte 6, qui se succèdent également le long de cet axe 10. Ainsi, chaque compartiment 28 est délimité axialement entre l’une des premières structures annulaires 20a, et la seconde structure annulaire 20b qui lui est directement consécutive. Avec cette conception, il peut donc être constaté que chaque première structure annulaire 20a délimite, axialement de part et d’autre de celle-ci, deux compartiments 28, respectivement avec les deux secondes structures annulaires 20b qui lui sont directement consécutives. De manière analogue, le même constat est réalisé pour chaque seconde structure annulaire 20b qui délimite, axialement de part et d’autre de celle-ci, deux compartiments 28, respectivement avec les deux premières structures annulaires 20a qui lui sont directement consécutives selon l’axe 10.
Comme cela sera détaillé ci-après, les premières et secondes structures annulaires 20a, 20b sont conçues de manière à permettre une communication fluidique des compartiments 28 les uns avec les autres. Ainsi, le/les réactifs fluides peuvent les traverser successivement lors de leur circulation dans l’enceinte 6, entre une entrée de réactif fluide 30a située proche de la portion d’extrémité axiale 12a de l’enveloppe 2, et une sortie de réactif fluide 30b située proche de la portion d’extrémité axiale 12b de cette même enveloppe. En d’autres termes, l’entrée de réactif fluide 30a permet d’introduire le/les réactifs dans le compartiment 28 situé le plus proche de la portion d’extrémité axiale 12a, tandis que la sortie de réactif fluide 30b permet d’extraire le/les réactifs du compartiment 28 situé axialement à l’opposé, c’est-à-dire le plus proche de la portion d’extrémité axiale 12b de l’enveloppe 2.
Le nombre de compartiments 28 est élevé, de manière à favoriser de meilleures performances, en particulier en matière de distribution des temps de séjour dans l’enceinte 6. Pour la longueur axiale L considérée ci-dessus, ce nombre de compartiments 28 peut être supérieur ou égal à vingt, et encore préférentiellement supérieur ou égal à cinquante. Dans le mode de réalisation préféré représenté, ce sont environ une centaine de compartiments 28 qui se succèdent le long de l’axe 10.
Par conséquent, il est préférentiellement prévu que le rapport entre la longueur axiale L du dispositif d’agitation rotatif 4, et l’écartement axial « Ea1 » entre une première et une seconde structure annulaire 20a, 20b quelconques, directement consécutives et définissant entre elles l’un des compartiments 28, est supérieur ou égale à cinquante, voire même éventuellement supérieur ou égal à cent.
Les premières et secondes structures annulaires 20a, 20b sont de conceptions différentes. Les premières structures 20a sont agencées et centrées autour de l’arbre 22, et raccordées à celui-ci au niveau de leur portion périphérique intérieure 120a. De préférence, pour chaque première structure 20a, il est prévu une jonction circulaire continue 30 entre la surface extérieure de l’arbre 22 et la portion périphérique intérieure 120a de cette première structure 20a, comme cela est le mieux visible sur les figures 3 et 4. Cette jonction continue 30 interdit le passage de réactif entre l’arbre 22 et la portion périphérique intérieure 120a de la première structure annulaire 20a.
En outre, la portion périphérie extérieure 220a de chaque première structure 20a présente un diamètre réduit, de manière à être espacée radialement de la surface intérieure 8 l’enveloppe 2, et définir avec celle-ci un passage annulaire extérieur 32a de réactif fluide, permettant le passage du/des réactifs d’un compartiment 28 au suivant.
Les secondes structures annulaires 20b sont également agencées et centrées autour de l’arbre 22, et maintenues entre elles par les éléments de brassage 24 qui relient leurs portions périphériques extérieures 220b. Le diamètre de cette portion périphérique extérieure 220b est supérieur à celui de la portion périphérique extérieure 220a des premières structures annulaires 20a. Ce diamètre est également sensiblement identique à celui de la surface intérieure 8 de l’enveloppe, seul un faible jeu radial de fonctionnement étant conservé pour autoriser la rotation du dispositif d’agitation 4 dans l’enceinte 6. En outre, la portion périphérie intérieure 120b de chaque seconde structure 20b présente un diamètre augmenté, de manière à être espacée radialement de la surface extérieure de l’arbre 22, et définir avec celle-ci un passage annulaire intérieur 32b de réactif fluide, permettant le passage du/des réactifs d’un compartiment 28 au suivant. Les passages annulaires intérieurs 32b sont les mieux visibles sur les figures 3 et 5.
Les premières et secondes structures annulaires 20a, 20b, l’arbre 22 ainsi que les éléments de brassage 24 sont tous solidaires en rotation selon l’axe 10, grâce à des moyens mécaniques qui les relient. A titre d’exemple représenté sur l’alternative de la , chaque seconde structure 20b comporte, au niveau de sa portion périphérie intérieure 120b, un ou plusieurs ergots / languettes 42 de raccordement faisant saillie radialement vers l’intérieur. Ces ergots de raccordement 42 sont en effet fixés sur la surface extérieure de l’arbre 22, pour assurer le couplage en rotation des secondes structures 20b avec l’arbre 22, ou bien pour renforcer un tel couplage lorsque d’autres moyens sont également prévus pour l’obtention du couplage en rotation des secondes structures 20b. De tels ergots 42, qui traversent l’espace annulaire intérieur 32b en rendant ce dernier discontinu dans la direction circonférentielle autour de l’arbre 22, permettent d’obtenir un dispositif d’agitation rigide et solide. Leur nombre est préférentiellement compris entre deux et quatre, mais il peut varier, sans sortir du cadre de l’invention.
Les éléments de brassage 24 prennent de préférence chacun la forme d’une pale, dont les deux extrémités axiales opposées relient respectivement les portions périphériques extérieures 220b de deux secondes structures 20b directement consécutives. Chaque élément 24 s’étend ainsi axialement sur une longueur axiale « La » égale à celle de deux compartiments 28 directement consécutifs, et correspondant de préférence à deux fois l’écartement axial précité Ea1, puisque tous les compartiments 28 présentent préférentiellement la même ou sensiblement la même épaisseur axiale. Cette longueur axiale « La » correspond également à l’écartement axial « Ea2 » entre deux secondes structures annulaires 20b directement consécutives.
Chaque élément de brassage 24 s’étend de préférence axialement ou sensiblement axialement, comme montré sur les figures. En reliant deux secondes structures annulaires 20b directement consécutives, un même élément de brassage 24 agit dans deux compartiments 28 directement consécutifs. De plus, il est prévu plusieurs éléments de brassage 24 pour relier ces deux secondes structures annulaires 20b quelconques et directement consécutives, par exemple deux, trois ou quatre, voire plus, de préférence en les répartissant de manière régulière autour de l’axe 10. Sur les figures, ce sont quatre éléments de brassage 24 en forme de pale, agencées à 90°, qui relient deux secondes structures annulaires 20b quelconques et directement consécutives.
Les éléments de brassage 24 sont également alignés les uns avec les autres afin de former des bandes de brassage 124 s’étendant chacune préférentiellement sur toute ou sensiblement toute la longueur axiale L du dispositif d’agitation 4. Ainsi, ce sont ici quatre bandes de brassage 124, chacune en forme de pale allongée et agencées à 90° les unes par rapport aux autres, qui relient entre elles toutes les secondes structures annulaires 20b du dispositif d’agitation 4. De nombreuses alternatives de conceptions restent néanmoins possibles, sans sortir du cadre de l’invention.
Par exemple, les bandes 124 pourraient être de plus faibles longueurs et/ou en nombre supérieur, et il pourrait même être prévu un décalage angulaire entre le jeu d’éléments de brassage 24 associé à un double-compartiment quelconque, et le jeu d’éléments de brassage 24 associé au double-compartiment directement consécutif le long de l’axe 10. Egalement, si les bandes 124 sont préférentiellement orientées axialement ou sensiblement axialement comme représentées sur les figures, elles pourraient alternativement adopter d’autres orientations, obliques par exemple, voire présenter une forme hélicoïdale.
Dans tous les cas, les éléments de brassage 24, ainsi que les éventuelles bandes de brassage 124 qui en résultent, se trouvent au niveau de la périphérie extérieure du dispositif d’agitation 4, à forte proximité de la surface intérieure 8 de l’enveloppe 2. Comme cela est visible sur les figures 3 et 5, l’arête extérieure de chaque élément de brassage 24 coïncide avec le diamètre extérieur de chaque seconde structure associée 20b, de manière à ce que les éléments de brassage 24 ne fassent pas saillie de ces secondes structures 20b radialement vers l’extérieur. Ces arêtes radialement extérieures des éléments de brassage 24 sont ainsi mises en rotation parallèlement et à forte proximité de la surface intérieure 8 de l’enveloppe, limitant de ce fait drastiquement la présence de zones mortes dans l’enceinte 6.
De plus, chaque élément de brassage 24 est préférentiellement orienté radialement en rapport à l’axe 10, la corde reliant les deux arêtes extérieure et intérieure de l’élément 24 étant une droite fictive passant préférentiellement par l’axe 10, ou proche de celui-ci. La longueur radiale de cette corde est strictement inférieure à celle définie entre les diamètres intérieur et extérieur des secondes structures annulaires 20b.
Enfin, il est noté les bandes de brassage 124 sont réalisées de manière à être interrompues par les secondes structures annulaires 20b, ou bien de manière à être continues sur toute leur longueur, en traversant ces mêmes secondes structures annulaires 20b.
Les et 7 représentent des graphes illustrant respectivement la distribution des temps de séjour E(t), ainsi que la fonction de répartition des temps de séjour F(t). Sur ces graphes, les courbes (a) en trait plein correspondent aux résultats obtenus avec un réacteur tubulaire annulaire conventionnel en régime laminaire, les courbes (b) en pointillés correspondent aux résultats obtenus avec un réacteur quelconque avec agitateur, les courbes (c) en tirets correspondent aux résultats obtenus avec le réacteur chimique tel que décrit ci-dessus et mis en œuvre avec un écartement axial Ea1 de 10 mm entre les structures annulaires 20a, 20b (et une longueur axiale L maintenue à 50 cm), tandis que les courbes (d) en trait mixte correspondent aux résultats obtenus avec le réacteur chimique tel que décrit ci-dessus et mis en œuvre avec un écartement axial Ea1 de 5 mm (et toujours avec une même longueur axiale L maintenue à 50 cm). Sur l’axe des abscisse, « τ » correspond au temps de renouvellement du réactif fluide dans l’enceinte 6 du réacteur.
Les tests conduisant à ces courbes ont été réalisés de manière conventionnelle, en faisant tourner le dispositif d’agitation 4 à une vitesse de l’ordre de 10 trs/min, et, pendant un court laps de temps, en remplaçant l’eau par de l’éthanol au niveau de l’entrée de réactif 30a, puis en relevant la quantité d’éthanol à la sortie de réactif 30b.
Les courbes (c) et (d) montrent clairement le gain apporté par le réacteur selon l’invention, avec en particulier une distribution des temps de séjours moins étalée que pour un réacteur quelconque ou tubulaire laminaire, et également l’absence de trainée. Comme évoqué précédemment, la comparaison des courbes (c) et (d), portant sur le réacteur chimique 1 selon l’invention, montre aussi des performances accrues lorsque le pas est réduit entre les structures annulaires 20a, 20b.
L’invention permet avantageusement de limiter, voire d’éradiquer la présence de zones mortes dans les compartiments 28, grâce à la combinaison du cheminement forcé en zigzag / chicane procuré par les structures annulaires 20a, 20b (voir la flèche 40 sur la montrant le cheminement du/des réactifs à travers les compartiments annulaires successifs 28), et des éléments de brassage 24 mettant ce/ces réactifs en mouvement à la périphérie extérieure du dispositif d’agitation 4, à forte proximité de l’enveloppe extérieure 2 du réacteur.
En outre, en vue d’un nettoyage des différents composants du réacteur 1, le dispositif d’agitation 4 peut être facilement extrait de l’enceinte 6, par exemple en retirant tout ou partie de la portion d’extrémité axiale 12a sur laquelle il est monté rotatif.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs et dont la portée est définie par les revendications annexées.

Claims (15)

  1. Réacteur chimique (1) comprenant une enveloppe extérieure (2) délimitant une enceinte (6) de circulation d’au moins un réactif fluide, le réacteur comportant également un dispositif (4) d’agitation du réactif fluide, logé de manière rotative dans l’enceinte de circulation (6) autour d’un axe de rotation parallèle ou confondu avec un axe central longitudinal (10) de l’enceinte de circulation,
    caractérisé en ce que le réacteur comporte un arbre (22) logé dans l’enceinte de circulation (6) et centré sur l’axe de rotation du dispositif d’agitation (4), l’enceinte comportant une pluralité de compartiments (28) se succédant le long de l’axe central longitudinal (10) et communiquant les uns avec les autres de manière à pouvoir être traversés successivement par le réactif fluide circulant dans l’enceinte (6), chaque compartiment (28) étant délimité axialement entre :
    - une première structure annulaire (20a) agencée autour de l’arbre (22) et raccordée à celui-ci, la première structure annulaire (20a) présentant une portion périphérie extérieure (220a) espacée radialement de l’enveloppe extérieure (2), de manière à définir avec celle-ci un passage annulaire extérieur (32a) de réactif fluide d’un compartiment à un autre ; et
    - une seconde structure annulaire (20b) agencée autour de l’arbre (22) et présentant une portion périphérique intérieure (120b) espacée radialement de l’arbre, de manière à définir avec celui-ci un passage annulaire intérieur (32b) de réactif fluide d’un compartiment à un autre,
    en ce que les premières et les secondes structures annulaires (20a, 20b) sont agencées en alternance le long de l’axe central longitudinal (10) de l’enceinte,
    et en ce que le dispositif d’agitation rotatif (4) comporte les secondes structures annulaires (20b), ainsi que des éléments de brassage (24) solidarisés à la portion périphérique extérieure (220b) d’au moins certaines desdites secondes structures annulaires (20b).
  2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d’agitation rotatif (4) comporte également les premières structures annulaires (20a), ainsi que l’arbre (22).
  3. Réacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de brassage (24) assurent le maintien mécanique des secondes structures annulaires (20b) les unes par rapport aux autres.
  4. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de brassage (24) relie, respectivement avec ses deux extrémités opposées, la portion périphérique extérieure (220b) de deux secondes structures annulaires (20b), de préférence directement consécutives le long de l’axe central longitudinal (10).
  5. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément de brassage (24) prend la forme d’une pale, de préférence orientée parallèlement ou sensiblement parallèlement à l’axe central longitudinal (10).
  6. Réacteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments de brassage (24) sont alignés de manière à former des bandes (124) s’étendant chacune sur une longueur axiale strictement supérieure à l’écartement axial (Ea2) entre deux secondes structures annulaires (20b) directement consécutives le long de l’axe central longitudinal (10), et de préférence sur une longueur axiale (L) égale ou sensiblement égale à celle du dispositif d’agitation rotatif (4).
  7. Réacteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bande est orientée axialement ou sensiblement axialement.
  8. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’à chaque compartiment (8), il est associé au moins deux éléments de brassage (24) répartis autour de l’axe de rotation, et de préférence trois ou quatre éléments de brassage (24) répartis autour de cet axe de rotation.
  9. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la portion périphérie extérieure (220b) de chaque seconde structure annulaire (20b) présente un diamètre extérieur sensiblement identique à celui d’une surface intérieure (8) de l’enveloppe (2) délimitant l’enceinte de circulation (6).
  10. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premières et secondes structures annulaires (20a, 20b) sont agencées orthogonalement à l’axe de rotation.
  11. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une jonction continue (30) entre la surface extérieure de l’arbre (22), et une portion périphérique intérieure (120a) de chaque première structure annulaire (20a), interdit le passage du réactif entre ces éléments (22, 20a).
  12. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enveloppe extérieure (2) comporte une entrée (30a) de réactif fluide pour l’introduction de ce réactif dans l’enceinte de circulation (6), ainsi qu’une sortie (30b) de réactif fluide pour l’extraction de ce fluide en dehors de l’enceinte, les entrée et sortie (30a, 30b) étant espacées l’une de l’autre le long de l’axe central longitudinal (10).
  13. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de compartiments (28), se succédant dans l’enceinte (6) le long de l’axe central longitudinal (10), est supérieur ou égal à dix, préférentiellement supérieur ou égal à vingt, et encore plus préférentiellement supérieur ou égal à cinquante.
  14. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur axiale (L) du dispositif d’agitation rotatif (4), et l’écartement axial (Ea1) entre une première et une seconde structure annulaire (20a, 20b) quelconques et directement consécutives, est supérieur ou égale à cinquante, et de préférence supérieur ou égal à cent.
  15. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est un réacteur chimique tubulaire, avec son enceinte de circulation (6) présentant un diamètre préférentiellement compris entre 2 et 10 cm.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1109988B (de) * 1956-03-27 1961-06-29 Du Pont Vorrichtung zum fortlaufenden Dispergieren von Pigmenten in filmbildenden Fluessigkeiten
US20070108096A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Egan Gregory J Method and system for producing a supercritical cryogenic fuel (SCCF)
WO2009127042A1 (fr) * 2008-04-18 2009-10-22 6627820 Canada Inc . Digesteur anaérobie

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1109988B (de) * 1956-03-27 1961-06-29 Du Pont Vorrichtung zum fortlaufenden Dispergieren von Pigmenten in filmbildenden Fluessigkeiten
US20070108096A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Egan Gregory J Method and system for producing a supercritical cryogenic fuel (SCCF)
WO2009127042A1 (fr) * 2008-04-18 2009-10-22 6627820 Canada Inc . Digesteur anaérobie

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