Validation du modèle sur des cas simples

Le banc de manipulation a désormais été mis en place. Il permet de réaliser des manipulations en régime transitoire et notamment de générer des oscillations périodiques de concentration. Pour réaliser les expériences, il est important de bien connaitre l’écoulement dans le réacteur mais aussi dans toute l’installation. Ainsi une distribution de temps de séjour sera réalisée dans cette partie afin de caractériser l’hydrodynamique du banc de manipulation. De plus, la littérature et le modèle développé semble montrer que des décalages de phase sont observables. Il est important désormais de faire des premiers tests sur des cas simples afin de voir ce qu’il est possible d’observer expérimentalement sur notre banc de manipulation. Des cas d’adsorption seront étudiés. Ces tests permettront aussi de valider les modèles créés à la partie précédente. Pour les tests de distribution de temps de séjour des billes d’alumine seront utilisées. Pour les manipulations d’adsorption, le catalyseur au palladium sur alumine employé pour la réaction d’hydrogénation de l’acétylène sera sélectionné. Un autre catalyseur de nickel sur alumine sera aussi testé. Ces trois supports sont décrits ci-dessous.  Dans les manipulations de distribution de temps de séjour, une alumine alpha est utilisée afin d’observer l’écoulement des gaz sur le catalyseur non recouvert de métal. Il s’agit ici d’une alumine alpha, sous forme sphérique. Les billes de catalyseur sont tamisées entre 2,4 et 2,8mm, ce qui correspond à la taille du catalyseur de Pd/alumine utilisé dans la réaction d’hydrogénation sélective de l’acétylène. Certaines propriétés de cette alumine sont décrites dans le Tableau IV-1.

Le catalyseur utilisé est un catalyseur au palladium supporté sur une alumine alpha avec une teneur massique en palladium de 0,05%pds. Le catalyseur se présente sous la forme d’un catalyseur sphérique en croute. Le catalyseur a été tamisé de façon à ce que le diamètre des billes soit compris entre 2,4 et 2,8mm. Un cliché d’une section du catalyseur est en Figure IV-1. Une moyenne de l’épaisseur de la croute sur 12 billes de catalyseur a été réalisée. L’épaisseur de la croute est de 54 ± 15μm. Le microscope BX51 – Olympus a été utilisé. Des analyses microscopes (MET) ont aussi permis de connaitre la taille moyenne des particules de palladium. La taille moyenne est de 2,36 ± 0,68 nm. L’histogramme de la distribution en taille de particules est en Figure IV-2. Pour les manipulations d’adsorption, un catalyseur de nickel supporté sur alumine gamma (Ni/Al2O3) est aussi utilisé. La teneur en nickel est de 20%pds avec une dispersion de 18,6% pour un catalyseur fraichement réduit et de 16,8% pour le catalyseur réduit et utilisé pendant 50heures. La surface spécifique du catalyseur est de 101±5 m²/g.  Afin de pouvoir caractériser l’hydrodynamique du banc, une distribution de temps de séjour (DTS) a été effectuée sur l’ensemble du circuit. Cette DTS doit permettre de pouvoir découpler les phénomènes de transport de la chimie de la réaction. Elle doit aussi permettre d’identifier d’éventuels volumes morts, zones de retro-mélange, courts-circuits [50] ou encore des temps de réponse des appareils (spectromètre de masse par exemple). Le second objectif de cette DTS est de connaitre l’impact des systèmes en amont et en aval du réacteur sur les oscillations générées. En effet, le banc est constitué de nombreux capillaires/tubes  de diamètres variables en amont et en aval du réacteur. Ces capillaires peuvent avoir un impact sur les oscillations : décalage de phase, augmentation ou diminution d’amplitude … C’est par exemple ce qui a été montré avec le spectromètre de masse : au-delà d’une certaine fréquence, les signaux sont filtrés. Il est donc capital de bien caractériser le banc afin de ne pas attribuer ces changements à la réaction catalytique. Il en est de même avec le catalyseur. Le passage du gaz au travers des grains de catalyseur est perturbé par la forme du catalyseur, sa porosité … Cela peut aussi avoir un effet sur le décalage de phase ou le gain des oscillations. Il sera donc aussi nécessaire de connaitre cet impact avant d’étudier la réaction. Le modèle décrit dans la partie précédente a été utilisé. Les termes cinétiques ne sont pas pris en compte ici. La DTS a uniquement pour rôle de caractériser hydrodynamiquement le banc de manipulation sans réaction chimique. Lors de la DTS, il a été choisi de réaliser des échelons. Le spectromètre de masse a été utilisé afin d’analyser les gaz de sortie. En effet, l’analyse infrarouge n’était pas encore mise en place au moment de la réalisation de la DTS. Des gaz inertes sont employés pour réaliser la DTS. Les débitmètres analogiques permettent de réaliser des échelons. Un débit d’argon constant est additionné grâce à un débitmètre standard. Les manipulations consistent à réaliser des échelons d’azote dans un mélange d’azote et d’argon.