Etude d'un mélangeur en T

Pierre Fabre - IRPF

Sujet

Contexte industriel

Le sujet est proposé par Pierre Fabre. Il s'agit d'un des leaders mondial de l'industrie pharmaceutique. La fabrication de médicaments nécessite une précision et une maitrise des procédés chimiques.

Le système étudié

Le système considéré ici est le suivant : un composé chimique A arrive par un canal et un composé chimique B arrive par un autre canal. Lorsque ces deux canaux arrivent dans un échangeur en forme de T, les deux composés A et B se mélangent et réagissent ensemble pour donner le composer C (le produit voulu). Dans le même temps, le mélange sort du mélangeur par la troisième issue.

En examinant les lois de la physique, la loi de refroidissement évolue avec le carré du diamètre de la conduite alors que celle de la chaleur dégagée par la réaction évolue avec le cube de celui-ci. Par conséquent, si la valeur du diamètre des conduites est grand, la réaction chimique va libérer beaucoup plus de chaleur qu'il n'est possible d'en évacuer : il y a alors une surchauffe du système.

De plus, il peut se produire au sein du système des réactions compétitives. En effet, sur le plan chimique, on considère la réaction : A + B = C. Cependant, il se peut qu'il y ait des réactions compétitives du types : A + C = D ou B + C = E. Or les produits de réaction D ou E ne sont pas désirés. Tout le problème consiste donc à mélanger le mieux possible et le plus rapidement possible les réactifs A et B pour former le produit C, sans former les autres. Cela se fait en jouant sur les conditions d'entrée des deux réactifs A et B (débits différents … ) pour qu'ils soient mélangés de façon optimale.

La solution consiste donc à utiliser des micro-structures (micro-canaux dont le diamètre est de l'ordre de la centaine de micromètres). Un micro-canal ne permet pas de produire en grande quantité les produits voulus. Cependant, il est possible de mettre de tels dispositifs en parallèle (centaine ou millier de micro-canaux côte-à-côte) , et donc d'arriver à produire en grande quantité, ce qui est intéressant au niveau industriel.

En tant qu'étudiants en hydraulique et mécanique des fluides, nous nous intéresserons principalement aux écoulements à l'intérieur de ce mélangeur.

Jaime Lafita

Thomas Cazade