Etude et Simulation par la Méthode des Éléments Finis d'un Microréacteur MEMS pour la Déshalogénation d'Hydrocarbures

Abstract

L'étude des microécoulements dans des structures microscopique nécessite des hypothèses spécifiques, et cette branche de la physique est appelée microfluidique. Dans ce mémoire, nous avons présenté une étude et une simulation par la méthode des éléments finis (FEM) d'un dispositif MEMS de réaction. Ce micromicroréacteur MEMS de géométrie sinueuse se compose d‟une entrée, une sortie, des microcanaux représentant la zone de réaction et d'une surface catalytique (platine). Ce modèle est proposé et simulé pour l'élimination des groupes halogènes des hydrocarbures, qui sont une étape importante de réaction dans plusieurs processus chimiques, pour une application de purification de l'eau. Ce projet est proposé à partir d'une approche multiphysique : mécanique des fluide des milieux visqueux, échange de chaleur, transport de matière, réaction chimique réversible. La modélisation et les simulations de ce dispositif nous permettent d'abords de configurer et valider le modèle indépendant de l'espace en analysant la cinétique des réactions d'un modèle de microréacteur idéal à un espace 0D , à l'aide de l'interface Réaction Engineering. Ensuite, nous avons configuré et résolu ce modèle de micromicroréacteur 3D dépendant de l‟espace en régime stationnaire A travers ces simulations nous avons détaillé l'influence de changement de la température sur la concertation des produits réactifs (RBr, RH, RR). Aussi nous avons remarqué l'effet de catalyse avec l'augmentation de température qui entraîne une augmentation de la vitesse de la réaction chimique, ainsi que, le temps de réaction est plus court. The study of micro-flows in microscopic structures requires specific hypotheses and this branch of physics is called microfluidics. In this thesis, we presented a finite element study and simulation (FEM) of a MEMS reactor device. This MEMS microreactor of sinuous geometry consists of an inlet, an outlet, microchannels representing the reaction zone and a catalytic surface (platinum). This model is proposed and simulated for the elimination of halogenated hydrocarbon groups, which is an important reaction step in several chemical processes, for a water purification application. This project is proposed from a multiphysical approach: fluid mechanics of viscous media, heat exchange, material transport, reversible chemical reaction. Modeling and simulations of this device allow us to configure and validate the independent space model by analyzing the kinetics of the reactions of an ideal reactor model to a 0D space, using the interface Reaction Engineering. Then, we have configured and solved this space-dependent space-dependent 3D microreactor model. Through these simulations we have detailed the influence of temperature change on the coordination of reactive products (RBr, RH, RR). Also we have noticed the effect of catalysis with the increase of temperature which causes an increase of the speed of the chemical reaction, as well as, the reaction time is shorter.