Pour effectuer des réactions à l’échelle du laboratoire, on utilise fréquemment des chauffes-ballons, voire des réacteurs munis d’une double enveloppe, dans laquelle circule un fluide calo- ou frigo-porteur pour chauffer ou refroidir le mélange réactionnel.
Ces dispositifs permettent aisément de chauffer un milieu réactionnel de quelques millilitres à 1 litre.
Au niveau industriel, alors que les quantités produites sont bien plus importantes, et on ne plus utiliser de tels dispositifs pour chauffer ou refroidir des réacteurs de plusieurs m3 !
On utilise alors des réacteurs industriels, agités par des turbines, ou des hélices, voire des mobiles planétaires (voir [Agitation]), et chauffés ou refroidis par des dispositifs spécifiques :
- des réacteurs à demi-serpentin soudé sur la surface externe du réacteur. Il s’agit d’un ou de plusieurs tubes, enroulés autours du réacteur, et qui permettent de diriger l’écoulement du fluide frigo- ou calo-porteur autour du réacteur. On utilise également la notion de demi-coques externes.
Serpentin externe
Double coque
- des réacteurs à dispositifs internes, tels que des serpentins, disposés de façon héliocoïdale autour de l’agitateur, ou bien en épingle contre la paroi.
Serpentin interne
- des échangeurs de chaleur montés sur une boucle externe en recyclage.
Les méthodes du Génie des Procédés, et notamment les bilans de matière et d’énergie, permettent alors de calculer le temps de chauffage ou de refroidissement de tels réacteurs, pour un débit de fluide calo- ou frigo- porteur. De même, ces méthodes permettent de calculer le débit de fluide à assurer pour maintenir un réacteur à une température donnée.
Pour chauffer, les fluides caloporteurs sont en général de la vapeur ou de l’eau au point de bulle.
Pour refroidir, les fluides figoporteurs de l’eau à température ambiante ou de l’azote liquide.
On trouve aussi dans l’industrie chimique de nombreux échangeurs en ligne, sur des procédés continus, et permettant de réchauffer ou refroidir des fluides qui circulent d’une étape de synthèse à une autre.
Les plus fréquemment rencontrés sont:
- des échangeurs tubes et calandre
- des échangeurs à plaques
Eric Schaer,
Enseignant-Chercheur à l’ENSIC
Membre de l’équipe PRISM au LRGP
