Добірка наукової літератури з теми "Réacteurs multifonctionnels"

Ce travail a pour objectif la caractérisation des différents paramètres nécessaires à l'optimisation et au dimensionnement d'un échangeur-réacteur compact multifonctionnel et l'élaboration d'une méthodologie pour le dimensionnement de ce dernier. L'utilisation d'un échangeur de chaleur en tant que réacteur chimique constitue une évolution importante vers une nouvelle approche des procédés chimiques. Afin de répondre aux contraintes de fonctionnement, il est nécessaire d'avoir une connaissance précise des phénomènes régissant les transferts de matière et de chaleur. Par conséquent, une étude thermo-hydrodynamique ainsi qu'une étude du micro-mélange, basée sur une méthode physico-chimique, ont été réalisées afin de comparer les performances de transfert de matière et de chaleur des différentes géométries étudiées. La base de données établie lors de ces études et une modélisation du procédé a permis d'élaborer une méthodologie pour le dimensionnement d'un échangeur-réacteur
Various design parameters of compact heat exchanger-reactors have been characterized in order to develop a new methodology for their design and optimization. The use of compact heat exchanger as a chemical reactor constitutes a significant break trough towards a new approach of chemical processes. In order to answer the compelling operation requirements, heat and mass transfer phenomena must be precisely investigated. Therefore, by using an original physico-chemical method, micro-mixing and thermo-hydraulics of turbulent flows have been studied to compare heat and mass transfer performance of selected geometries. Based on the results of this study a substantial data base is built. Using this database a novel process modeling has led to a creative design of future compact heat-exchanger reactors

Le concept d’échangeur réacteur multifonctionnel (ERM) recouvre l’ensemble des systèmes efficaces pour réaliser une ou plusieurs opérations unitaires sur les fluides industriels. L'objectif de ce travail est de caractériser les performances de différentes configurations d’ERM en termes de mélange et de transfert de chaleur par des techniques numériques et expérimentales. Une démarche d'efficacité énergétique est adoptée pour évaluer la faisabilité de chaque configuration selon des critères de performance. Dans le régime laminaire, l'advection chaotique produite dans les réacteurs "Split-And-Recombine" (SAR) favorise le mélange par diffusion. Les caractéristiques de l'écoulement et les capacités de transfert de chaleur sont étudiées dans deux configurations SAR. Les propriétés de mélange dans ces configurations sont sensiblement supérieures aux autres géométries et une augmentation des transferts convectifs jusqu’à 20 fois supérieure est constatée. Dans le régime transitionnel ou inertiel, les géométries avec des surfaces modifiées et des inserts sont les plus efficaces. La qualité du mélange dans deux réacteurs ondulés et dans un tube muni d'inserts hélicoïdaux est évaluée. Ici nous avons montré que l’intensification relative du mélange par rapport au tube vide est supérieure à un facteur 100 dans ces configurations. Dans le régime turbulent, l'intensification des transferts convectifs par les générateurs de vortex trapézoïdaux est quantifiée dans le mélangeur statique et l'échangeur de chaleur ‘High-Efficiency Vortex’ (HEV) par des mesures thermiques expérimentales. L’amélioration maximale des transferts convectifs est de l’ordre de 12 fois par rapport au tube vide
The concept of multifunctional heat exchanger/reactor (MHE/R) includes all systems efficient for the realization of one or several unitary operations on industrial fluids with high productivity and reduced energy expenditures. The aim of the present work is to characterize the performance of different MHE/R configurations in terms of mixing and heat transfer using numerical and experimental techniques. An energy efficiency approach is adopted to evaluate the feasibility of each configuration based on common performance criteria. In the laminar regime, chaotic advection produced in the Split-And-Recombine (SAR) reactors promotes mixing by diffusion. Flow characteristics, heat transfer capacities, and mixing qualities are investigated in two SAR configurations. Superior mixing qualities are observed in these devices and convective heat transfer is enhanced up to 20 folds compared to classical geometries. In the transitional or inertial regime, modified surface geometries and tube inserts are most efficient in process intensification. Mixing enhancement in two corrugated channel reactors with different radii of curvature and a tube fitted with helical inserts is assessed by chemical probe. Mixing intensification relative to an empty tube reaches as high as 100 folds in the laminar regime. In the turbulent regime, convective heat transfer intensification produced by the trapezoidal vortex generator is quantified in the High-Efficiency Vortex (HEV) static mixer and heat exchanger by experimental thermal measurements. Convective heat transfer in this geometry attains values around 12 times higher than those recorded in a classical plain tube configuration

Le déroulement de la réaction chimique dans un réacteur industriel en régime turbulent dépend de la mise en contact des réactifs à l’échelle moléculaire. De nombreux travaux (Bourne (2003), Baldyga et al. (1995e)) ont montré que le mécanisme limitant le transfert de matière pour des réactions rapides est le mélange à l’échelle des tourbillons de Kolmogorov, correspondant au processus de micromélange. Ce travail a pour objectif de démontrer l’intérêt d’utiliser la sonde chimique pour caractériser le micromélange dans une géométrie d’échangeur multifonctionnel. La problématique se situe à deux niveaux : - l’adaptation de la méthode à des réacteurs continus, dans la mesure où elle a été testée et éprouvée essentiellement dans des réacteurs batch, dans le prolongement de travaux menés au CEA/GRETh (Ferrouillat (2004)), - estimation de la pertinence et de la validité des résultats par rapport aux informations sur les propriétés de mélange fournies par d'autres méthodes (mesures expérimentales et simulations numériques). La mesure du micromélange est effectuée par une injection locale et en défaut d’un réactif qui réagit avec son milieu environnant. Le taux de conversion des réactifs mis en jeu permet de qualifier le micromélange au niveau local par un taux de ségrégation mesurable. Celui-ci dépend bien entendu des concentrations de réactifs mis en jeu, et ne peut caractériser le micromélange de manière absolue. Les modèles de micromélange donnent la possibilité de lier ce taux de ségrégation au temps caractéristique du micromélange, qui donne en théorie une information objective sur les capacités de mélange dans le réacteur. La démarche a été mise en œuvre dans un échangeur/réacteur de type HEV qui a été étudié par Mokrani (1997) et Lemenand (2002). Le système de réaction chimique utilisé est la réaction parallèle-concurrente iodure/iodate mise en œuvre par Fournier (1994). Notre étude met en oeuvre trois étapes essentielles : - la conception et la réalisation de la plate-forme de test pour la sonde chimique, et notamment du système d’injection dont la précision est déterminante pour mener à bien la méthode, - la mise au point d’un protocole de mesure, par l’étude systématique de l’effet du débit d’injection et des concentrations en réactifs, - la mise à l’épreuve des mesures par recoupement avec des approches classiques que sont la mesure LDA et la simulation numérique, pour des nombres de Reynolds compris entre 7500 et 15000. Ce travail a permis d’établir que la sonde chimique révèle véritablement le rôle des petites échelles de turbulence dans le mélange alors que celles-ci ne sont pas directement accessibles à la mesure. Nous avons également montré que la précision de la méthode est d’autant meilleure que l’intensité de turbulence est élevée
The course of fast and instantaneous chemical reactions in industrial reactors can strongly be affected by the manner in which the reagents are arranged in molecular level. These effects are observed in reactive mixing of gases and liquids in both turbulent and laminar flows. Many works (Bourne (2003) ; Baldyga et al. (1995e)) showed that the mixing due to the small energetic vortices acting near the Kolmogorov scale is the limiting mechanism of the mass transfer. This is commonly called the micromixing step. In this work we show the interest in using a chemical probe to characterize the micromixing in reactors. We are interested in two particular points: - adaptation of the method to continuous flows. This method was largely and generally tested and used in batch reactors, but rarely used in continuous reactors. The present work is a continuation of a previous work carried in CEA/GRETh and LTN (Ferrouillat (2004)), - study of the relevance and validity of the chemical probe results with the information on mixing properties achieved by others methods. Mcromixing measurement is performed by a local injection. The limiting reagent, which is injected in default to an excess of reacting reagents, reacts with its surrounding medium and is therefore totally consumed at the end of the reaction. The conversion rate of the reagents gives an indication the segregation at the local level in the mixing. The selectivity of the chemical reactions can determine the quality of the mixture at the local level by a so-called "segregation index". This parameter, defined by the distribution of the products reactions, is a function of the operating conditions. Because of its dependence on the experimental conditions, it can not characterize the micromixing in an absolute way. In order to obtain quantitative information from the measurements, it is necessary to use a micromixing model which permits to link the segregation index to the micromixing characteristic parameters (micromixing time and dissipation rate)

L'épuisement des ressources et l'accumulation des gaz polluants dans l'atmosphère suscitent aujourd'hui des inquiétudes grandissantes. La transition énergétique en cours nécessite que certains procédés de transformation de la matière et de l'énergie soient partiellement modifiés ou profondément repensés pour s'adapter à des conditions de fonctionnement plus durables. L'électricité et l'hydrogène bas carbone peuvent se substituer aux énergies fossiles conduisant ainsi à un mix énergétique dont l'empreinte Gaz à Effet de Serre (GES) est faible. Outre l'hydrogène, la production de carburants alternatifs et des produits à forte valeur ajoutée est une autre piste pour accompagner la transition énergétique. La recherche de procédés optimaux, durables et économiques est donc un défi majeur auquel les ingénieurs procédés sont confrontés. Le présent travail s'est ainsi focalisé sur l'intensification des procédés de transformation de la matière et de l'énergie, au travers d'unités multifonctionnelles qui exploitent les synergies entre fonctions élémentaires de transformation (réaction, transfert, séparation, etc.) au sein d'un équipement intensif. La notion de réacteurs multifonctionnels, couplant plusieurs fonctions élémentaires, a connu un réel succès d'estime lorsque des démonstrateurs historiques ont vu le jour (procédé Eastman-Kodak, etc.), mais leur implémentation ne s'est pas généralisée par manque de méthodologie de conception pratique. Ce travail porte sur l'application de certaines méthodologies d'intensification pour la compréhension et l'amélioration des performances d'un procédé mettant œuvre des réactions exothermiques équilibrées. La synthèse directe du diméthyl éther (DME) à partir de CO₂ et d'H₂ est retenue comme cas d'étude. Différentes voies exploratoires de développement du procédé de synthèse directe du DME ont été étudiées en s'appuyant sur la modélisation et la simulation. Le réacteur-échangeur de chaleur, le réacteur multifonctionnel (réacteur-échangeur de chaleur-séparateur membranaire), les procédés hybrides de briques élémentaires et un procédé plaçant le réacteur refroidi dans un environnement de procédé classique en présence d'autres opérations unitaires et de recyclages, sont étudiées sous différents angles. Différents cas et stratégies d'optimisation ont été traités qui se distinguent par les variables de décision et la méthode de résolution. Les différentes méthodologies appliquées ont permis de démontrer leur pertinence en termes de solutions obtenues et d'ouverture vers l'innovation des procédés. A l'échelle de l'équipement, l'optimisation des profils représente le cœur de la méthodologie. Les résultats mettent en évidence le potentiel des réacteurs multifonctionnels : une conversion de CO₂ par passe de l'ordre de 98%, un rendement en DME de l'ordre de 95% et une possibilité d'élimination d'une colonne de distillation sont obtenus. Dans le but d'évaluer les caractéristiques du maximum atteignable dans un réacteur multifonctionnel, un procédé hybride de briques élémentaires a été optimisé. A l'échelle du procédé, le comportement du réacteur a été étudié pour comprendre l'impact de l'intégration du réacteur dans une boucle de recyclage et estimer les effets locaux et globaux sur les multiples critères de performances. Sur la base de critères de rendement global en DME, de conversion globale de CO₂, de TRL, etc., la comparaison des différents designs a montré qu'une réduction du nombre d'équipements d'un facteur 11 est possible dans le cas du choix d'un réacteur multifonctionnel
The depletion of resources and the accumulation of pollutant gases in the atmosphere are nowadays of growing concern. The current energy transition requires that certain material and energy transformation processes be partially modified or profoundly reconsidered to fit more sustainable operating conditions. Low-carbon electricity and hydrogen can substitute fossil fuels, leading to an energy mix with a low greenhouse gas (GHG) footprint. In addition to hydrogen, the production of alternative fuels and high value-added products is another way to support the energy transition.Looking for optimal, sustainable and economical processes is therefore a major challenge that process engineers are facing. The present work has thus focused on the intensification of mass and energy transformation processes, through multifunctional units, which take advantage of the synergies between elementary functions of transformation (reaction, transfer, separation, etc.) within an intensive equipment. The concept of multifunctional reactors, coupling several elementary functions, has been a real success when historical demonstrators were created (Eastman-Kodak process, etc.), but their implementation has not been generalized, due to a lack of practical design methodology.This work focuses on the implementation of some intensification methodologies to understand and improve the performance of a process involving balanced exothermic reactions. The dimethyl ether (DME) direct synthesis from CO₂ and H₂ is considered as a case study. Different exploratory ways for the DME direct synthesis process development have been investigated based on modeling and simulation. Reactor- Heat exchanger, multifunctional reactor (reactor-heat exchanger-membrane separator), hybrid elementary block processes and a process involving the cooled reactor in a conventional process environment in the presence of additional unit operations and recycle loop are studied from different angles. Different optimization cases and strategies have been addressed which differ by the decision variables and the solving method. The different methodologies applied have demonstrated the relevance of the solutions obtained and the opening towards process innovation.At the equipment level, the profiles optimization represents the heart of the methodology. The results demonstrate the potential of multifunctional reactors: a CO₂ conversion per pass of 98%, a DME yield of 95% and the possibility to remove a distillation column are obtained. In order to assess the maximum achievable performance in a multifunctional reactor, a hybrid process of elementary blocks has been optimized. At the process scale, the reactor behavior has been studied to further understand the impact of the reactor integration in a recycle loop and to estimate the local and global effects on the multiple performance criteria. Based on various criteria (overall DME yield, overall CO₂ conversion, TRL, etc.), the comparison of the different designs revealed that a reduction of the equipment number by a factor of 11 is possible in the case of a multi-functional reactor choice

Ce travail a été réalisé avec l’objectif d’apporter des informations pertinentes sur le devenir atmosphérique de deux familles de composés organiques volatils oxygénés (COVO) multifonctionnels, les hydroxycétones et les aldéhydes insaturés, pour compléter les modèles atmosphériques aussi bien pour les prévisions de qualité de l'air que pour l’élaboration des textes réglementaires. Les investigations sur la réactivité des composés choisis ont été réalisées dans une chambre de simulation atmosphérique souple associée à plusieurs techniques d’analyse spectroscopique et chromatographique. Ce travail fournit la première étude cinétique et mécanistique de la photolyse de 4-hydroxy-4-méthyl-2-pentanone (4H4M2P) et la première détermination de la constante de vitesse pour la réaction des atomes de Cl avec 4H4M2P. Les fréquences de photolyse de 4-hydroxy-3-hexanone (4H3H) et 5-hydroxy-2-pentanone (5H2P) ont aussi été déterminées. Ces mesures ont permis d’estimer les durées de vie atmosphériques des trois composés par photolyse qui s’échelonnent de 7 à 28 jours. L’identification des principaux produits de photolyse de 4H4M2P, l'acétone (121±4)% et le formaldéhyde (20±1)%, a permis de proposer un mécanisme de photolyse incluant un processus de réarrangement intramoléculaire de type Norrish II. Dans une deuxième partie, l’étude de la cinétique de photolyse de deux aldéhydes insaturés, le trans-2-hexenal (T2H) et le trans-2-pentenal (T2P) a été amorcée. La constante de vitesse estimée pour la photolyse du T2H ((1,2±0,6)´10-3 h-1) indique que la photodissociation du T2H sera négligeable dans l’atmosphère. L’ensemble des données obtenues montrent que la réactivité des COVO par photolyse est fortement liée à leur structure
This work was carried out with the objective of providing relevant information on the atmospheric fate of two families of multifunctional oxygenated volatile organic compounds (OVOCs), hydroxyketones and unsaturated aldehydes, to complement atmospheric models for air quality forecasts and for the drafting of regulations. The reactivity of the selected compounds was carried out in a flexible atmospheric simulation chamber equipped with various analytical techniques. The present work provides the first kinetic and mechanistic study of 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone (4H4M2P) photolysis and the first determination of the relative rate coefficient for the reaction of Cl atoms with 4H4M2P. The photolysis frequencies of 4-hydroxy-3-hexanone (4H3H) and 5-hydroxy-2-pentanone (5H2P) were also determined. These measurements enable estimating the atmospheric lifetimes of the three compounds by photolysis which ranged from 7 to 28 days. The main photolysis products of 4H4M2P were acetone (121±4)% and formaldehyde (20±1)%. These results allowed us to propose a mechanistic scheme for photolysis including a Norrish II intramolecular rearrangement process. In a second part, the preliminary study of photolysis kinetics of two unsaturated aldehydes, trans-2-hexenal (T2H) and trans-2-pentenal (T2P) was carried out. The estimated rate constant for photolysis of T2H ((1.2±0.6)´10-3 h-1) indicates that the photodissociation of T2H is negligible in the atmosphere. All the data obtained show that the photolytic reactivity of OVOCs is strongly linked to their structure

Le but de cette étude est d’étudier l’utilisation d’interactions fluide-structure (FSI) pour améliorer le transfert de chaleur et les performances de mélange dans des échangeurs-réacteurs multifonctionnels, et d’évaluer des configurations pour lesquelles l’objectif est de produire et de maintenir un régime dynamique auto-entretenu d’oscillations des générateurs de tourbillons flexibles. Dans un premier temps, deux études numériques ont été réalisées pour des écoulements laminaires bidimensionnels. Les résultats montrent qu’un minimum de trois générateurs de tourbillons alternés est nécessaire pour produire une instabilité qui engendre les oscillations de larges amplitudes. L’ajout de deux promoteurs coplanaires en amont déstabilise l’écoulement en créant des forces périodiques agissant sur les générateurs de tourbillons en aval. Il en résulte une augmentation de la vitesse réduite qui impose un blocage en fréquence des oscillations des générateurs de tourbillons en aval. Dans cette configuration, des oscillations de larges amplitudes sont obtenues pour uniquement deux générateurs de tourbillons en aval. Les oscillations des générateurs de tourbillons produisent une vorticité intense qui a une incidence positive que le transfert de chaleur et sur le mélange. Dans un second temps, une configuration tridimensionnelle HEV incluant des générateurs de tourbillons trapézoïdaux flexibles orientés a 45◦ vers l’amont est étudiée par simulations numériques. Une analyse FFT réalisée sur les coefficients issus d’une analyse POD montre un pic fréquentiel correspondant aux formations et lâchers tourbillonnaires périodiques. Cette fréquence dominante correspond bien au mode propre d’oscillation des générateurs de tourbillons et engendre ainsi de larges amplitudes d’oscillations
The aim of this study is to investigate the use of fluid-structure interaction (FSI) to improve heat transfer and mixing performances in multi-functional heat exchangers/reactors, and to evaluate configuration designs where the main target is to produce and maintain self-sustained oscillations of flexible vortex generators. At first, two dimensional laminar flow studies are numerically investigated. The results show that a minimum of three alternating flaps is needed to produce an instability that leads to large displacement oscillations. However, the introduction of two co-planar flaps upstream destabilizes the flow by creating periodic forces that act on the alternating downstream flaps. Hence, this results in artificially increasing the reduced velocity that will induce the alternating flaps to be in a lock-in state. Thus in this case, large displacement amplitudes are created with two alternating flaps only. The free flaps oscillations produce vortices of higher strength which have a positive impact on heat transfer and mixing. Secondly, a three dimensional HEV configuration with flexible trapezoidal vortex generators inclined with an angle of 45◦ with respect to the wall and reversed opposite to the flow direction is numerically investigated. Fast Fourier Transformation is applied on the temporal variation of the Proper Orthogonal Decomposition (POD) coefficientswhich displays a dominant peak in the flow and corresponds to the vortices periodic formation and detachment. This dominant frequency synchronizes well with the structural oscillation frequency and the fundamental frequency of the tabs reaching a lock-in state and leading to large oscillation amplitudes

Dans les conditions de pyrolyse rapide, la biomasse peut être convertie principalement en liquides (bio-oils) ou en gaz (fortes fractions de CO et H₂ d'intérêt énergétique ou chimique. Les expériences rapportées dans ce travail sont effectuées sur un micropilote de laboratoire comportant un réacteur cyclone chauffé à ses parois et alimenté en sciure de bois. Tous les produits de réaction (charbon, liquides et gaz) sont récupérés et analysés. Les bilans de matière massiques et élémentaires (en C, H, 0) bouclent de façon très satisfaisante. Par simple modification des conditions opératoires, la distribution des produits varie de façon significative: on peut orienter la réaction vers la pyro-liquéfaction à basses températures (rendements maximums en liquides de 75 %) ou bien vers la pyro-gazéification à hautes températures (rendements maximums en gaz de 85 %). Une charge maximale de biomasse d'environ 1 kg h-¹ peut être traitée en continu à haute température et sous vapeur d'eau dans un réacteur de seulement 0,5 L. A basse température, l'excès de charbon formé peut être valorisé par des phases de gazéification à la vapeur d'eau alternées avec celles de pyrolyse. Un modèle général associe les lois d'extrapolations du réacteur (hydrodynamique et transferts thermiques) à un schéma de consommation des particules et de craquage thermique des vapeurs. Il permet de prédire les variations des sélectivités en fonction des conditions opératoires, en accord avec les résultats expérimentaux et pour différentes tailles de cyclones. On montre d'autre part que les réactions secondaires de craquage ont lieu essentiellement au sein même du réacteur, mais aussi en partie dans une mince couche limite proche des parois chaudes
In fast pyrolysis conditions, biomass can be converted mainly into liquids (bio-oils) or into gases (high fractions of CO and H₂ which are of energetical or chemical interest. The experiments reported in this work are performed in a laboratory-scaled set-up including a cyclone reactor heated at its walls and fed by a flowrate of wood sawdust. All the products of the reaction (char, liquids and gases) are collected and analysed. The mass and elementary (C, H, 0) balances closures are very accurate. Basically by changing the operating conditions, the products distribution is significantly varied : the reaction can be directed to pyro-liquefaction at low temperature (maximum yields of liquids : 75 %) or to pyro-gasification at high temperature (maximum yields of gases : 85 %). A maximum throughput close to 1 kg h-¹ may be achieved in steady state in a 0. 5 L reactor. At lower temperatures, the excess of char formed can be converted during steam gasification steps alterned with the pyrolysis sequences. A general modelling takes into account the scaling laws of the reactor (hydrodynamics and heat transfers) and a scheme for the consumption of the particules and for thermal cracking of vapours. It allows to predict the variations of the selectivities as a function of the operating conditions, in agreement with the experimental results, and for different sires of cyclones. Besides, secondary cracking reactions are proved to occur mainly in the heart of the reactor, but also partly inside a thin boundary layer close to the hot walls

Les polymères organosiliciés déposés à partir de la décomposition du monomère TMDSO dans une post-décharge d'un plasma d'azote présentent des propriétés attrayantes pour des applications demandant des vitesses de dépôts élevées. Ces polymères, ayant une structure siloxane, ont été étudiés pour différentes conditions de débits de gaz TMDSO/O2 (Monomère/gaz de transport), de puissances transmises, et pour des épaisseurs allant de dizaines de nm à 30 µm à l'aide de différentes techniques d'analyse (Réflectométrie, IRTF, XPS, Ellispométrie, MFA, ... ) Un mécanisme de polymérisation a été proposé en se basant sur l'étude des vibrations des liaisons Si-O-X (X=O, C) et Si-H détectées par spectroscopie infrarouge. Nous avons pu en effet constater les variations de l'abondance relative des formes des types «cage» et «linéaire» dans le polymère. La visualisation du cône de réaction a permis, au travers d'une analyse du transport des gaz, de dégager des éléments de compréhension sur la décomposition du monomère. Cette étude suggère un mécanisme de polymérisation alternatif associant la formation des radicaux peroxydes par action de O2 et celle des atomes d'azote fortement présents dans la post-décharge. La transformation réalisée dans le même réacteur afin d'obtenir une couche moins rugueuse en milieu oxydant (post-décharge N2/O2) modifie bien le matériau en le rendant plus réticulé avec formation d'une couche de silice vitreuse à la surface. Un modèle simple de détermination de l'épaisseur de cette couche, fondé sur la spectroscopie infrarouge, a été proposé en intégrant l'épaisseur initiale du film, le temps de traitement et un élément nouveau, la contraction globale du film
Organosilicon polymers deposited from the decomposition of the TMDSO monomer in a nitrogen plasma afterglow show attractive properties for applications needing high growth rates. These polymers, having a siloxane structure, were deposited and studied under various conditions of gas flows TMDSO/O2 (Monomer/vector gaz), power, and for thicknesses ranging from tens nm to 30 µm by means of various technics of analysis (Reflectometry, FTIR, XPS, Ellispometry, AFM, TEM). A mechanism of polymerization based on the study of the vibrations of the bonds Si-O-X (X=O, C) and Si-H detected by infrared spectroscopy was proposed. We were indeed able to make evidence the variations of the relative abundance of the forms of type "ring" and "linear" in the polymer. The Si-H bond was shown to be sensitive to these changes of environment. Imaging on the reaction cone allowed, by analysis of the gaz transport, to provide sorne further elements of understanding about the decomposition of the monomer. This study suggests an additional mechanism associating the formation of the radicals peroxides produced by direct reactions involving both the molecular oxygen and nitrogen atoms which are strongly present in such a post-discharge. The transformation realized within the same reactor, in order to reduce roughness layer, in oxidizing environment (postdischarge N2/O2) modifies effectively the material by re-enforcement of the crosslinking with formation of a supercial silica-like layer. A simple model for prediction of the thickness of this layer, based on the infrared spectroscopy, was proposed on the basis of the initial thickness of the film, the time of treatrnent and a new element, the global contraction of the film

Le but de cette étude numérique est d'analyser l'impact de générateurs de turbulence (ailettes décalées OSF avec dépôt catalytique CuO/ZnO/Al2O3) sur le taux de conversion du méthanol et sur la sélectivité de la réaction catalytique. Une revue bibliographique du vapo-reformage du méthanol a permis de retenir le modèle cinétique chimique développé par Peppley (1997), basé sur les équations SRM, WGS et de la décomposition du méthanol. Une approche longitudinale (1-D) d'un réacteur isotherme permet la validation du modèle cinétique à l'aide de mesures expérimentales (issues de la littérature) dans différentes conditions opératoires. Une étude de sensibilité des paramètres significatifs (température, pression, ratio H2O/CH3OH, etc. . . ) est, ensuite, présentée. Une approche bi-dimensionnelle (2-D) permet d'observer l'influence de la géométrie du réacteur et du catalyseur, ainsi que l'identification de zones internes favorisant certaines réactions (parfois de manière couplée) dans le processus vapo-reformage du méthanol. L'étude de l'influence des générateurs de turbulence sur le taux de conversion du méthanol et la sélectivité de la réaction catalytique est, finalement, abordée. Deux aspects sont étudiés : l'aspect "écoulement" et l'aspect "distribution de la surface réactive". Un réacteur composé d'inserts enduits de catalyseur (ailettes décalées OSF) est comparé à un canal vide. De prometteurs résultats numériques ont été obtenus
The aim of this numerical work is to study the influence of flow turbulence (offset OSF fins coated with CuO/ZnO/Al2O3 catalyst) on the conversion rate of methanol and also on the selectivity of this catalytic reaction. A thorough literature search of methanol steam reforming permitted retaining for this work the kinetic model developed by Peppley (1997) based on the SRM, WGS and methanol decomposition equations. A one-dimensional reactor approach allowed validating the kinetic model using the experimental results from literature for different operational conditions. A sensitivity study to the significant parameter of the process (temperature, pressure, H2O/CH3OH ratio, etc. ) is then carried out. A two-dimensional approach revealed the influence of reactor geometry and catalyst as well as the existence of certain regions in the reactor which favorise certain reactions (sometimes coupled) in steam reforming of methanol. Finally the effects of turbulence generators on the conversion rate of methanol and the selectivity of the catalytic reaction was investigated. Two aspects were specifically studied: “flow” and “reactive surface distribution”. A reactor composed of catalyst coated inserts (offset fins) is compared with a duct flow, and promising numerical results are obtained

L’objectif de ce travail est de concevoir, développer, mettre en œuvre et optimiser une technologie continue permettant une bonne maîtrise des réactions de précipitation, processus chimique rapide donnant naissance à une phase solide. Ce précipiteur est un réacteur multifonctionnel à lit fluidisé qui n’a pas connu le même essor que les cristallisoirs à lit fluidisé. Deux approches expérimentales ont été adoptées : (1) l’étude des phénomènes de mélange des réactifs et (2) l’étude de l’influence des conditions opératoires sur la précipitation d’un produit modèle. Le produit modèle choisi pour cette étude est la calcite, le polymorphe le plus stable du carbonate de calcium qui possède trois polymorphes : la vaterite, l’aragonite et la calcite. Cette dernière est obtenue via la réaction de précipitation entre les solutions de chlorure de calcium et de carbonate de sodium à une température de 20° C et en présence d’un agent complexant (citrate de sodium) pour orienter la forme cristalline recherchée. Une étude cinétique a été menée pour la détermination des cinétiques de nucléation et de croissance cristalline de la calcite en milieu citrate. Le réacteur à lit fluidisé, de volume de 10 L, constitué de deux zones : cylindrique de fluidisation et de classification des particules et cylindro-conique de décantation, a été conçu au Laboratoire des Sciences du Génie Chimique. L’étude du mélange global, réalisée à l’aide de la réaction de décoloration acide-base et l’étude hydrodynamique, réalisée à l’aide de suspensions de microbilles, ont permis de développer et d’optimiser ce réacteur multifonctionnel. La faisabilité de la précipitation de la calcite en lit fluidisé a été ensuite vérifiée. Les expériences effectuées en présence d’une charge solide conséquente ont permis de diminuer la sursaturation et de favoriser la croissance cristalline. Le précipité obtenu présente une distribution de taille relativement étroite et la forme des particules obtenues est sensiblement sphérique. Enfin, des essais de modélisation du réacteur à lit fluidisé ont été entrepris pour réaliser des simulations à l’aide du code de calcul commercial FLUENT
The objective of this work is to conceive, develop, implement and to optimize a continuous technology allowing a good control of the precipitation reactions, fast chemical process, giving birth to a solid phase. This precipitor is a multipurpose engine with fluidized bed which did not make the same great strides like fluidized bed crystallizers. Two experimental approaches were adopted : (1) the study of the mixing phenomena of the reagents and (2) the study of the influence of the operating conditions on the precipitation of a model product. The model product selected for this study is the calcite, the polymorphic most stable phase of calcium carbonate which has three polymorphs: vaterite, aragonite and calcite. The latter is obtained by the precipitation reaction between the calcium chloride and sodium carbonate solutions at a temperature of 20° C and a complexing agent (sodium citrate) to have the required crystalline form. A kinetic study was undertaken for the determination of the nucleation and crystalline growth kinetics of calcite in citrate medium. The fluidized bed reactor, having a volume of 10 L, consisted of two zones: cylindrical for fluidization and classification of the particles and cylindro-conical for decantation, was conceived at the Chemical Engineering Science Laboratory (LSGC). The study of mixing phenomena, performed using the decoloration acid-base reaction and the hydrodynamic study, carried out using suspensions of glass microballs, made it possible to develop and optimize this multipurpose reactor. The feasibility of the precipitation of calcite in a fluidized bed was then checked. The experiments carried out in the presence of an important solid content made it possible to decrease supersaturation and to support the crystalline growth. The precipitate obtained presents a relatively narrow size distribution and the particle shape is appreciably spherical. Lastly, the modelling tests of the fluidized bed reactor were undertaken to carry out simulations using the FLUENT commercial computer code