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TP DTS UNIVERSITE HASSAN II CASABLANCA FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE MOHAMMEDIA DEPARTEMENT GENIE DES PROCEDES ET D’ENVIRONNEMENT

Rapport de TP : Détermination du temps de séjour

Elaboré par : CHAREF Salma MARGHANE Sanaa LABOUIHI Abdelhakim MOUFTI Abdellah

Sous l’encadrement du Pr : Mr.Adil DANI

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TP DTS Table des matières INTRODUCTION PARTIE THEORIQUE PARTIE EXPERIMENTALE ANNEXE BIBLIOGRAPHIE CONCLUSION

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TP DTS Introduction : Les réacteurs chimiques occupent une place centrale dans les entreprises du secteur de la chimie et des sciences de la vie. Par la mise en présence de réactifs dans des conditions adaptées, ils permettent de combiner et de transformer par réaction(s) chimique(s) les matières premières en produits utiles. Le fait de prevoir le comportement d’un reacteur ou en ameliorer le rendement revient a connaitre ce qui se deroule au sein de celui-ci.Autrement dit, caracteriser les particules fluides afin de connaitre leurs trajets,leurs vitesses ainsi que leurs temps de sejour a l’interieur du reacteur.

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Partie theorique: Definition du reacteur: On appelle réacteur chimique, tout appareillage dans lequel a lieu une transformation chimique, soit pour l’étudier, soit pour l’utiliser à la production de substances nouvelles ; toute portion d'espace traversée par des éléments mobiles qui y séjournent pendant des durées variables : aussi bien les appareils industriels, que les bassins fluviaux, les organes d'un être vivant, ou une autoroute la veille d'un week-end prolongé.

Les types des réacteurs : Il existe deux types des réacteurs : Les réacteurs idéaux et les réacteurs réels. Les réacteurs idéaux servent de base pour la conception des procédés chimiques. Il en existe deux grandes classes caractéristiques des réacteurs fonctionnant en continu : - Le réacteur à écoulement piston (RP) - Le réacteur parfaitement agité continu (RPA).

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Réacteur

Réacteur réel

Réacteur parfait

P.R.A

R.P.

*Court-circuit *Zone morte *Recirculation

Principe de la DTS : La DTS repose sur la réalisation d’une excitation à l’entrée à condition de ne pas perturber le fonctionnement normal et d’avoir la capacité d’enregistrer la réponse à la sortie.L’analyse de cette réponse va permettre la description du comportement du réacteur. La méthode de traceur : La méthode des traceurs consiste à "marquer" des molécules entrant dans le système, et à les dénombrer dans le courant de sortie en fonction du temps. Ainsi on applique, à l'aide d'un traceur, un certain signal à l'entrée du système et on examine sa réponse en sortie, pour en déduire des renseignements sur le comportement interne du fluide sous la forme d'une fonction de transfert : c'est donc une méthode systémique .

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Choix de traceur : -Substance inerte vis-à-vis des réactifs -même points hydrodynamiques que le fluide étudie sauf(la couleur, la conductivite,..) -Mesurable a la sortie La fonction de distribution de temps de séjour : La fonction de distribution des temps de séjour E est telle que "la fraction de fluide qui séjourne dans l'installation pendant un temps compris entre ts et ts+dts égale le produit E(ts).dts",

Comment tracer la fonction de DTS : Pour obtenir la courbe de DTS deus types de stimulation sont couramment utilisees ,la stimulation implusion et stimulation echelon,Elles sont facils a mettre en œuvre dans tout types de reacteurs,pilotes ou industriels. La timulation impulsion : Ce type d’injection est represente par une fonction de Dirac et consiste a introduire a un instant donne, pendant un temps tres court inferieur a 0,01 tau , une masse m0 de traceur (ou N0 moles) dans le debit entrant dans le reacteur. Cette masse est-t elle que si elle était 19/2020

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TP DTS uniformement repartie repartie a l’interieur de tout volume du reacteur , sa concentration serait C0 .Si C(t) represente l’evolution de la concentration du traceur en fonction du temps t a la sortie du reacteur , la courbe

C(t ) =f(t) est appellee {courbe C}.L’echelle des temps peut C0

être exprimee sous forme adimentionnelle en utilisant le temps le temps reduit thetea defini ¿ par theta=t ¿ tho . Une courbe type est donnee par la figure ci-dessous :

Partie expérimentale : Etude qualitative : Matériel : Dans cette manipulation on a fait appel a un ensemble d’appareillage qui sont presentes comme suit : Pompe peristaltique ; type BT 601S de marque LEAD FLUID. Reacteur tubulaire reel Bechers 19/2020

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TP DTS Conductimetre Serringue : servant a introduire le traceur dans le fluide etudie (dans ce cas l’eau) pour faire l’injection Etude qualitative : Dans cette partie ,nous avons utilisé le bleu de méthylène comme traceur tout en prenant en considérations les propriétés intrinsèques de ce traceur . Manipulation 1 : Concentration de bleu de mthylene est 0,3 g/L

Interpretation :  Interpretation : D’apres la figure ci-dessus, on constate que la coloration de bleu de méthylène se degrade avec le tps, Pour le choix du pas de prelevement , on a commence a t=0 ; pour verifierr la présence des courts-circuits Lorsqu’on s’approche au temps de passage (324s=5min et 4s), il faut diminuer le pas, c a d prendre plusieurs points de mesure (pour avoir une courbe lisse) Manipulation 2: Concentration de bleu de méthylène est 3g/L 19/2020

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Interprétation : D’âpres la figure on constate que la coloration diminue avec le temps, et la concentration de bleu de methylene tend vers 0 a partir de =8min.De plus,on arrive a distinguer l’absence de court circuit dans le reacteur .Et lorsqu’on s’approche de temps de sejour on constate la coloration est maximale . Comparaison entre 0,3g/L et 3 g/L : -Pour C=0,3g/L : On suppose que le reacteur etudier est parfaitement agitee : CRVR=Cinj*Vinj CR=

C inj∗Vinj Qinj∗t inj∗C inj Q continue∗k∗t inj∗C inj = = = VR VR VR

Q continue∗k∗0,01∗taux de passage∗C inj VR CR=k*0,01* Cinj Pour k=0,01

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On a Cinj=0,3g/L l’absrobence tend vers 0 : ce qui explique que notre traceur n’est pas mesurable a la sortie. Justification du choix du facteur de proportionnalité entre [0,3g/l-3g/L] : Dans cette partie on a fait plusieurs essais qui consistent a fixer la concentration dans le réacteur et le facteur de proportionnalite K a fin de déterminer Cinj a l’aide de la relation déjà établit : CR=k*0,01* Cinj A l.aide de courbe d’absorbance en fonction de concentration ,pour déterminer l’absorbance . Cinj(g/L)

0,1

0,3

0,5 1

K

Cr(mol/l) CR*10^-6 A(nm) 0,005 1,5625E-08 0,015625 6,7969E-04 0,01 3,125E-08 0,03125 1,3594E-03 0,015 4,6875E-08 0,046875 2,0391E-03 0,02 6,25E-08 0,0625 2,7188E-03 0,005 4,6875E-08 0,046875 2,0391E-03 0,01 9,375E-08 0,09375 4,0781E-03 0,015 1,40625E-07 0,140625 6,1172E-03 0,02 1,875E-07 0,1875 8,1563E-03 0,005 7,8125E-08 0,078125 3,3984E-03 0,01 1,5625E-07 0,15625 6,7969E-03 0,015 2,34375E-07 0,234375 1,0195E-02 0,02 3,125E-07 0,3125 1,3594E-02 0,005 1,5625E-07 0,15625 6,7969E-03 0,01 3,125E-07 0,3125 1,3594E-02 0,015 4,6875E-07 0,46875 2,0391E-02 0,02 0,00000062 0,625 2,7188E-02

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TP DTS 0,005

2

2,5

3

3,5

0,01 0,015 0,02 0,005 0,01 0,015 0,02 0,005 0,01 0,015 0,02 0,005 0,01 0,015 0,02

5 3,125E-07 0,00000062 5 9,375E-07 0,00000125 3,90625E-07 7,8125E-07 1,17188E-06 1,5625E-06 4,6875E-07 9,375E-07 1,40625E-06 0,00000187 5 5,46875E-07 1,09375E-06 1,64063E-06 2,1875E-06

0,3125

1,3594E-02

0,625 0,9375 1,25 0,390625 0,78125 1,171875 1,5625 0,46875 0,9375 1,40625

2,7188E-02 4,0781E-02 5,4375E-02 1,6992E-02 3,3984E-02 5,0977E-02 6,7969E-02 2,0391E-02 4,0781E-02 6,1172E-02

1,875 0,546875 1,09375 1,640625 2,1875

8,1563E-02 2,3789E-02 4,7578E-02 7,1367E-02 9,5156E-02

Lors des calculs faits,on peut dire que : A C=2,5 g/L on aboutit a une absorbance, (pour K=0,01), de l’ordre de 3,3984*10^-2 ; ce qui explique que la concentration de notre traceur est mesurable a la sortie ( Cinj est prop a l’absorbance) A C=3g/L , on trouve une absorbance (K=0,01), de l’ordre de 4,0781E-02 aui est aussi mesurable a la sortie ,de plus puisque nous sommes dans une etude qualitative on es amene a augmenter l’absorbance de sorte que la solution de bleu de méthylène soit visible et par la suite mesurable . Donc on opte a une concentration de 3 g/L. D’autre vision, si on veut utiliser une concentration de réacteur qui vaut 3,5 g/L qui nous donne une absorbance supérieur a celle de concentration 3g/lL,mais en tenant en compte des raisons économiques ,on constate que les deux concentrations nous donnent presque les même visualisation d’où l’intérêt de choisir la concentration de 3g/L

Etude quantitative : Lors de cette partie, on a choisi le chlorure de potasssium KCl comme traceur

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