Réacteur chimique : définition, différents types et classification

Sur le plan thermodynamique, un réacteur est une portion de l'univers où se produit une réaction chimique.

Un réacteur est donc un système qui peut être, comme tout autre système :

• ouvert, lorsqu'il peut échanger de la matière et de l'énergie avec le milieu extérieur.

• fermé, lorsqu'il ne peut échanger de la matière (échange d'énergie reste possible)

• isolé s'il ne peut échanger ni de la matière ni de l'énergie avec le milieu extérieur

D'un point de vue procédé, est appelé réacteur chimique tout appareillage permettant de réaliser une réaction chimique, c'est-à-dire de transformer des espèces moléculaires en d'autres espèce moléculaires3.

On peut classer les réacteurs selon différents critères dont les principaux sont4:

• Circulation du mélange réactionnel : le réacteur est dit fermé ou discontinu ou encore "batch" s'il n'y a ni alimentation ni évacuation des constituants et continu s'il possède à la fois des alimentations et des évacuations pour les réactifs et les produits. Dans le cas où au moins un des constituants n'est plus alimenté ou n'est plus évacué, le réacteur est dit, indifféremment, semi-fermé.

• Evolution dans le temps : si l'état du système (composition, T, P, etc.) varie au cours du temps, on parle du réacteur en régime transitoire. C'est notamment, le cas des réacteurs fermés et semi-fermés. Pour les réacteurs continus, après une première phase de démarrage, toutes les grandeurs peuvent devenir indépendantes du temps ; on parle alors du fonctionnement en régime stationnaire ou permanent.

• Degré de mélange : cette caractéristique, qui joue un rôle primordial sur les performances du réacteur, dépend de l'hydrodynamique de l'écoulement dans le système. Le degré de mélange dans un réacteur peut varier entre les deux cas extrêmes que sont le mélange parfait et le mélange minimal. Le premier cas peut être obtenu par une agitation dans le système dont la conséquence est de rendre identiques, en tout point et à chaque instant, toutes les caractéristiques du mélange réactionnel. En revanche, dans le deuxième cas, le mélange réactionnel est constitué de blocs n'échangeant aucune matière entre eux. Nous verrons plus loin comment ces définitions donneront naissance au concept de réacteurs dits idéaux.

• Phase en présence : le réacteur est dit homogène ou mono-phasique si la transformation chimique se produit au sein d'une phase unique. Dans le cas contraire, il s'agit d'un réacteur hétérogène ou poly-phasique.

• Mode de mise en contact des phases : un réacteur poly-phasique peut fonctionner à co- ou à contre-courant ou encore à courants croisés.

• Marche thermique : les marches thermiques les plus fréquentes sont la marche isotherme (sans changement de température) et la marche adiabatique (sans échange de chaleur).