Afin de développer et de tester de nouveaux procédés pour la production de carburants responsables ou d‘intermédiaires chimiques biosourcés, des réacteurs complexes et miniatures pour les unités pilotes d’IFPEN ont été conçus et réalisés à l’aide d’une méthode innovante, là où les méthodes traditionnelles de conception et de fabrication ne sont pas adaptées pour obtenir des géométries appropriées.
La nouvelle méthodologie repose sur des simulations numériques d’écoulements (CFD - Computational Fluid Dynamics) pour concevoir et optimiser la géométrie(1), puis sur des techniques d’impression 3D pour la fabrication du réacteur. Elle a été appliquée pour concevoir un réacteur agité, utilisable pour des réactions chimiques en gaz/liquide, en présence de particules catalytiques solides.
Celles-ci, contenues dans un panier fermé par des grilles, sont mises en suspension par l’écoulement, formant ainsi un lit bouillonnant catalytique.
L’optimisation de la géométrie du panier est obtenue par la combinaison interactive de la simulation, de la production d’un prototype par impression 3D et des validations expérimentales sur maquettes. Finalement, le réacteur optimisé est fabriqué par impression 3D métallique (figure).
La zone orange matérialise la zone du lit bouillonnant catalytique
Cette approche à la fois économique et très réactive permet de concevoir et réaliser rapidement des réacteurs innovants. Elle ouvre ainsi des perspectives nouvelles pour la conception de réacteurs chimiques. Aujourd’hui appliquée à des installations expérimentales, elle pourrait dans le futur être étendue à une échelle industrielle, dès lors que la fabrication additive aura atteint les niveaux requis de certification des composants.
(1) V. Santos-Moreau, L. Brunet-Errard, M. Rolland, Numerical CFD simulation of a batch stirred tank reactor with stationary catalytic basket, Chem. Eng. J., Vol. 207–208, 2012, pages 596-606, ISSN 1385-8947.
DOI: 10.1016/j.cej.2012.07.020
Contacts scientifiques: lionel.gamet@ifpen.fr - vania.santos-moreau@ifpen.fr