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Rappels et généralités :
1. Définition du génie de la réaction chimique :
Le "génie de la réaction chimique" est une branche du génie des procédés qui traite des
méthodes de mise en œuvre rationnelle des transformations de la matière et des appareils dans
lesquels sont conduites les réactions.
Le génie de la réaction chimique en tant que nouvelle discipline est né au début des années
1950 sous l'impulsion de chercheurs du centre de recherche de Shell à Amsterdam et l'université
de technologie de Delft. Le terme « génie de la réaction chimique » aurait été proposé par J.C.
Vlugter au cours de la préparation du premier symposium européen sur le génie de la réaction
chimique qui a eu lieu à Amsterdam en 1957.
Le génie de la réaction chimique vise à étudier et à optimiser les réactions chimiques en vue
de concevoir un réacteur optimisé. Par conséquent, les interactions entre les écoulements, le
transfert de masse, le transfert de chaleur et la cinétique chimique des réactions sont d'une
importance primordiale afin de pouvoir relier la performance du réacteur à la composition de
la charge et aux conditions opératoires.
2. Définition d’un réacteur :
En chimie, un réacteur est une enceinte ou récipient apte à la réalisation et l'optimisation de
réactions chimiques et généralement de procédés de transformation de la matière (génie des
procédés). Le but recherché dans un réacteur est l'homogénéité du milieu réactionnel du point
de vue de la température et du mélange des réactifs.
3. Les lois qui réagissent un réacteur :

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La figure 1 indique schématiquement les principaux facteurs gouvernant le fonctionnement
d'un réacteur. Ce sont d'abord les données physicochimiques sur la nature des transformations
mises en jeu:
 vitesse des réactions,
 thermicité,
 présence d'équilibres,
 influence de la pression,
 influence de la température,
 état de dilution sur ces paramètres.
Ce sont ensuite les données hydrodynamiques sur l'écoulement des phases et leur mode de
mélange et de mise au contact.
 phénomènes de transfert et de transport de chaleur,
 phénomènes de transfert de matière
 phénomènes de transfert de quantité de mouvement
Les données de transfert à l'intérieur d'une phase, entre phases ou entre le mélange
réactionnel et la paroi du réacteur ;
 la cinétique physique,
 la cinétique chimique
 la cinétique biologique
Tous les facteurs que nous venons d'énumérer concourent à relier l'ensemble des paramètres
opératoires à l'ensemble des résultats de l'opération :
 nature des espèces chimiques entrant dans le réacteur,
 pression,
 température,
 concentrations, débits et temps de séjour des phases
L'ensemble des résultats de l'opération :
 taux de conversion des réactifs,
 nature et distribution des produits,
 rendements matériels et énergétiques.

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4. Famille des réacteurs :
L’équation stœchiométrique d’une réaction chimique peut être représentée de la manière
suivante : 
Où :
 : Coefficient stœchiométrique du composé, positif s’il s’agit d’un produit, négatif pour un
réactif
5. Définition de l’état de référence:
L’état de référence se définit généralement par l’état du système pour lequel : P,T,V, N0
sont connus , autrement dit c’est l’instant initiale (t=0) en système fermé ou de l’entrée du
réacteur en système ouvert.
Réacteur
Discontinue
Continue
Ecoulement à travers un tube
Ecoulement à travers un
récipient parfaitement agité
Réacteur tubulaire ou
Réacteur à gradient de
concentration
Réacteur à cuve parfaitement
agité
Réacteur à
marche
discontinue

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6. Taux de conversion :
Le taux de conversion représente la fraction initiale du réactif clé transformé à mesure que
la réaction progresse, ce réactif clé est généralement le réactif limitant, on le notera A.
 Système ouvert : 
Où :
 : Débit molaire initiale de A
 : Débit molaire de A au cours de la réaction
 Système fermé : 
Où :
 : Nombre de moles initiales de A
 : Nombre de moles de A au cours de la réaction
7. Variation du volume réactionnel en système fermé :
En phase liquide, la constance du débit et du volume est prise en considération,
contrairement à l a phase gazeuse où la variation du volume gazeux dépends de la variation
de T, P ou du nombre de moles total.
Définition du coefficient d’expansion  :
Par définition : 
Avec : 
Définition du coefficient de dilatation  :
Par définition : 
En supposant que le gaz est parfait, on aboutit à ces trois relations qui seront démontrées
par la suite : 

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Bilan matière :
Il est fait / à un constituant sous la base d’une seule mole de A tel que :
Nombre de moles de A entrant = Nombre de moles de A sortant (+ ou - ) Nombre de
moles produites + Nombre de moles de accumulées
 Système ouvert :
Acc = 0
Donc :
E = S(+ou-) R
 Système fermé :
E=S=0
Donc :
(+ou-)R+Acc = 0
8. Réacteur discontinue :
C’est un appareil dans lequel on introduits les réactifs et on laisse la réaction se dérouler au
cours du temps. Le fonctionnement de ce type d’appareil est caractérisé par un cycle
réactionnel dit cycle de fonctionnement (temps actif et temps mort).
Figure : schémas d’un réacteur discontinue