Chapitre II Étude expérimentale du comportement du réacteur-
II. 3.2. Réponses dynamiques à des variations de la pression opératoire
Dans cette étude, la température opératoire est fixée à 270°C et un débit total de 1,25 NL/min (VVH = 15600 h-1) en proportion stœchiométrique est appliqué. La pression opératoire varie entre 2,5 et 4 bar. Les variations de la pression s’effectuent selon des rampes d’une durée maximale de 30 s.
De manière analogue aux variations de la température opératoire dans les zones éteinte ou emballée, les variations de la pression opératoire dans ces zones ne conduisent pas à un comportement dynamique particulier. L’intérêt ici est donc porté aux variations de la pression traversant la zone d’emballement thermique.
Figure II.34 – Évolution temporelle du profil de température au sein de la maquette de réacteur-échangeur suite à une augmentation de la pression opératoire de 2,5 à 4 bar sur une durée de 30 s (3 bar.min-1). (Conditions : TC = 270°C ; VVH = 15600 h-1)
Le premier cas concerne alors l’allumage du réacteur suite à une augmentation de la pression opératoire. La Figure II.34 présente l’évolution temporelle du profil de température du réacteur suite à une augmentation de la pression opératoire de 2,5 à 4 bar à la température opératoire de 270°C et un débit total de 1,25 NL/min (VVH = 15600 h-1).
à un emballement thermique. Une augmentation rapide d’environ 200°C de la tem-pérature du réacteur est observée suite à l’augmentation de la pression opératoire. Le pic de température apparaît rapidement à 17 mm de l’entrée du réacteur (courbe à l’instant t = 37 s). Il se déplace ensuite relativement lentement pour se positionner proche de l’entrée du réacteur. Le régime stationnaire est atteint au bout de 170 s. Le taux de conversion obtenu en régime stationnaire est de 85 %.
En comparaison avec l’emballement thermique obtenu en augmentant la tem-pérature opératoire, la trajectoire thermique obtenue avec la pression est similaire. Le second cas, qui concerne une diminution de la pression opératoire de 4 à 2,5 bar, est présenté Figure II.35. Sur cette figure, les thermocouples 13 à 16 ne sont pas représentés suite à un problème d’acquisition. La diminution de la pression opé-ratoire s’effectue en quelques secondes seulement (< 10 s) et fait apparaître des fronts d’onde thermique traversant l’ensemble du réacteur vers l’aval identiquement à une diminution de la température opératoire. Le suivi de la température mesurée par les thermocouples et de la fraction molaire du méthane en sortie du réacteur est exposé Figure II.36. Cette figure permet de déterminer que l’atténuation du pic de tempéra-ture à travers le réacteur est de 180°C. À l’instant t = 0 s, la fraction molaire en méthane en régime stationnaire est de 54 %, correspondant à un taux de conversion de 85 %. La fraction molaire commence par diminuer rapidement une première fois entre les temps 0 et 100 s. Cette diminution provient de la chute des vitesses de réaction sur l’ensemble du réacteur causée par la diminution de la pression opératoire. La fraction molaire diminue ensuite progressivement entre les temps 100 et 350 s au fur et à mesure que le pic de température se déplace au sein du réacteur. Une dimi-nution plus rapide de la fraction molaire est observée entre 350 et 500 s. Enfin, au-delà de 500 s, la fraction molaire du méthane décroit davantage car le pic de tempé-rature est sorti du réacteur.
Le suivi de la vitesse de déplacement du pic de température, exposé Figure II.37, montre que la vitesse de déplacement du pic de température augmente lente-ment de 0,2 à 0,3 mm.s-1 dans la première moitié du réacteur entre 0 et 350 s. Puis, la vitesse du pic n’augmente significativement qu’à partir de 400 s jusqu’à ce que le pic atteigne la sortie du réacteur à 550 s. En comparaison avec la diminution de la température opératoire, l’accélération du pic de température était obtenue suite au passage de la température opératoire à travers la zone d’emballement thermique. La diminution de la pression opératoire ne s’effectuant que sur quelques secondes seule-ment, la zone d’emballement thermique pour la pression est traversée dès les premiers
que celui-ci arrive aux abords de la seconde moitié du réacteur (voir profil à t = 350 s sur la Figure II.35). En comparant aux évolutions de la vitesse du pic pour la diminution de la température opératoire (voir Figure II.31 et Figure II.33), l’accélé-ration du pic de température se produit également à proximité de la seconde moitié du réacteur.
L’analyse de la vitesse de déplacement du pic de température permet de mieux comprendre l’évolution de la fraction molaire du méthane présentée Figure II.36. La fraction molaire diminue lentement entre 100 et 350 s car le pic de température se déplace lentement dans le réacteur. La décroissance plus rapide de la fraction molaire, observée entre 350 et 500 s, est alors causée par l’accélération du pic de température.
Figure II.35 – Évolution temporelle du profil de température au sein de la maquette de réacteur-échangeur suite à une diminution de la pression opératoire de 4 à 2,5 bar sur une durée de 10 s (- 9 bar.min-1). (Conditions : TC = 270°C ; VVH = 15600 h-1)
Figure II.36 – Évolutions temporelles de la fraction molaire en méthane et de la température mesurée par les thermocouples au sein de la maquette de réacteur-échan-geur suite à une diminution de la pression opératoire de 4 à 2,5 bar sur une durée de 10 s (- 9 bar.min-1). (Conditions : TC = 270°C ; VVH = 15600 h-1)
Figure II.37 – Évolution de la vitesse de déplacement du pic de température au cours du temps au sein de la maquette de réacteur-échangeur suite à une diminution de la pression opératoire de 4 à 2,5 bar sur une durée de 10 s (- 9 bar.min-1). (Conditions : TC = 270°C ; VVH = 15600 h-1)