Génie de la réaction chimique : exercices et sujets d’examen

Vitesses de réaction et lois de vitesse, dimensionnement des réacteurs parfaitement agités (RPAC) et des réacteurs pistons (RP), conversion et limites d’équilibre.

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Pack de révision (PDF)Formulaires, étapes de méthode et exercices avec corrigés complets, prêts à imprimer.

Thèmes de ce cours

Conseils pour l’examen de Génie de la réaction chimique

Écrivez l’équation de conception du type de réacteur avant d’y substituer la loi de vitesse.
Pour une même conversion et une réaction d’ordre positif, un réacteur piston demande un volume plus faible qu’un RPAC.
Vérifiez que la conversion visée est inférieure à la conversion à l’équilibre.

Exemples corrigés

Cinétique chimiqueFacile

Une réaction d’ordre 0 A → produits a une constante de vitesse de 0,01 mol/(L·min). La concentration initiale de A est de 0,8 mol/L. Trouvez la concentration C_A au bout de 60 min.

k = 0,01 mol/(L·min)C_A0 = 0,8 mol/Lt = 60 min

Calculer C_A (mol/L)

Afficher les indices

Ordre 0 : la vitesse −dC/dt = k ne dépend pas de la concentration.
L’intégration donne C = C₀ − kt (valable jusqu’à épuisement de A).
kt = 0,6 mol/L.

Afficher la réponse et la solution pas à pas

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Loi intégrée d’ordre 0

C_A = C_A0 − kt = 0,8 − 0,01·60 = 0,2 mol/L

Réponse

C_A = 0,2 mol/L

Dimensionnement des réacteurs (RPAC et RP)Moyen

Une réaction du premier ordre en phase liquide A → B (k = 0,25 min⁻¹) a lieu dans un réacteur piston (RP) de 200 L. L’alimentation entre à 20 L/min avec C_A0 = 2,5 mol/L. La masse volumique est constante et le réacteur est en régime permanent. Trouvez la concentration de sortie C_A.

V = 200 LQ = 20 L/mink = 0,25 min⁻¹C_A0 = 2,5 mol/L

Calculer C_A (mol/L)

Afficher les indices

Temps de passage : τ = V/Q = 10 min.
RP, premier ordre : C_A = C_A0·e^(−kτ).
kτ = 2,5.

Afficher la réponse et la solution pas à pas

Réacteurs idéaux, réaction du premier ordre (−r_A = k·C_A) en régime permanent, avec le temps de passage τ = V/Q. Un RPAC est parfaitement agité : tout le volume réagit donc à la faible concentration de sortie : τ = X/(k·(1 − X)) et C_A = C_A0/(1 + k·τ). Dans un réacteur piston (RP), chaque tranche de fluide réagit comme un petit réacteur fermé : τ = ln(1/(1 − X))/k et C_A = C_A0·e^−k·τ. Pour une même conversion, un RPAC demande toujours un volume plus grand qu’un RP.

Temps de passage

τ = V/Q = 200/20 = 10 min

Concentration de sortie

C_A = 2,5·e^−0,25·10 = 0,2052 mol/L

Réponse

C_A = 0,2052 mol/L

Conversion : X = 91,79%.

Comment fonctionne l’entraînement

« S’entraîner sur ce cours » mélange des exercices de tous ses thèmes, comme un vrai examen.
Chaque exercice a de nouvelles valeurs : vous apprenez la méthode, pas une réponse.
Bloqué ? Ouvrez d’abord un petit indice, et l’explication complète seulement si vous en avez besoin.
Les examens blancs sont chronométrés et sans indices ; vous obtenez votre score et une correction complète à la fin.

Calculatrices pour ce cours

Calculatrice de volume de RPAC et de RP

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