Devoir réacteurs chimiques, Exercises of Chemical Processes

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Typology: Exercises

2019/2020

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Année Universitaire : 2019/2020
Département de GPEE
4
ème
année GPEE
Devoir Réacteurs chimiques
à envoyer avant 25 juillet
Exercice 1:
Soit la réaction : 
+
3
+
A lieu en phase gazeuse à température et à pression constantes dans un réacteur discontinu.
Si l’alimentation contient une mole de CH
4
et une mole de
:
1) Etablir l’expression donnant la concentration C
j
de chaque constituant
2) Obtenir une expression pour le temps de séjour en fonction de la conversion dans la réaction
3) Représenter graphiquement l’allure de la courbe X(t)
Exercice 2:
Soit les réactions consécutives de premier ordre dans un réacteur fermé, en phase liquide homogène
indilatable
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Et 
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1) donner les bilans de matières pour chaque constituant
Portant de A pur (concentration initiale
)
2) donner l’expression des concentrations de chaque constituant
3) calculer les avancements normalisés
de chaque réaction en fonction du temps
Exercice 3:
On veut produire 50 tonnes par jour d’acétate d’éthyle par la réaction :
C
H
OH+ CH
COOH CH
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H
+H
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La cinétique de cette réaction peut s’exprimer comme suit :
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Année Universitaire : 2019/2020Département de GPEE 4 ème^ année GPEE

Devoir Réacteurs chimiques à envoyer avant 25 juillet

Exercice 1: Soit la réaction :  +  → 3 +  A lieu en phase gazeuse à température et à pression constantes dans un réacteur discontinu. Si l’alimentation contient une mole de CH 4 et une mole de  :

  1. Etablir l’expression donnant la concentration Cj de chaque constituant
  2. Obtenir une expression pour le temps de séjour en fonction de la conversion dans la réaction
  3. Représenter graphiquement l’allure de la courbe X(t)

Exercice 2: Soit les réactions consécutives de premier ordre dans un réacteur fermé, en phase liquide homogène indilatable

2 →  Et  → 3

  1. donner les bilans de matières pour chaque constituant (^)  Portant de A pur (concentration initiale )
  2. donner l’expression des concentrations de chaque constituant (^) 
  3. calculer les avancements normalisés  de chaque réaction en fonction du temps Exercice 3: On veut produire 50 tonnes par jour d’acétate d’éthyle par la réaction :

CHOH + CHCOOH ⇌ CHCOOCH + HO

La cinétique de cette réaction peut s’exprimer comme suit :

r = k  !".  (^) $"" − ^ $"" K'^!^. ^ " (

Où k représente, la constante de vitesse et Kc, la constante d’équilibre. La charge utilisée est une solution aqueuse contenant 30% en masse d’acide acétique et 46 % en masse d’alcool éthylique. On réalise une conversion de l’acide égale à 35%. Le milieu réactionnel est supposé conserver une masse spécifique de 1 g.cm-3^ et une viscosité de 1 centipoise. On opère à 90°C, température pour laquelle : k = 6,4 10-8^ m^3 .mol-1^ s- Kc=2,9 (sans dimension) F 30 =0 mol.h-

  1. Calculer les débits molaires Fj0 en fonction de F 0 de chaque constituant.
  2. Etablir l’expression donnant les nombres Fj et Cj de chaque constituant.
  3. Calculer le volume de réacteur continu permettant d’assurer la production désirée. CHOH CHCOOH CHCOOCH HO Masses moléculaires (kg.mol-^1 ): 0,0 46 0,0 60 0,0 88 0,0 18 j 1 2 3 4 Exercice 4: Saponification : estimation de la surface d'un échangeur de chaleur La saponification de l'acétate d'éthyle est une réaction irréversible du second ordre en phase aqueuse (ordres 1 par rapport à chaque réactif). CH3COOC 2 H 5 + OH-^ → CH 3 COO-^ + C 2 H 5 OH La constante de vitesse vaut k = 0,11 L mol-1^ s -1^ à la température ordinaire Un laboratoire d'enseignement de travaux pratiques désire mettre au point un réacteur agité continu pour l'étude de cette réaction. Dans le réacteur, un serpentin immergé maintiendra la température à 25°C ; le coefficient d'échange thermique vaut h = 142 cal m-2^ s -1^ K-^. Le volume du réacteur est de 6 L. La solution d'acétate d'éthyle entre avec un débit de 25 cm^3 /s, une concentration de 1 mol/L et une température de 25°C. La solution de soude entre avec un débit de 10 cm^3 /s, une concentration de 5 mol/L et une température de 20°C. Estimer la surface d'échange nécessaire pour que l'eau de refroidissement entrant dans le serpentin à 15°C en sorte à 20°C. On négligera les pertes thermiques entre le réacteur et l'extérieur. On donne : ∆H = -10 kcal/mol