Microréacteurs diphasiques pour le développement rapide des procédés

Ce travail porte sur les microréacteurs diphasiques où des gouttes réactives sont générées et transportées en "chapelet" dans une phase continue inerte. Celles-ci sont assimilables à des réacteurs agités de quelques nanolitres évoluant à vitesse constante, ce qui est très prometteur pour l'acquisition rapide et continue de paramètres cinétiques. Nous souhaitons apporter de nouveaux résultats expérimentaux et numériques sur l'hydrodynamique de l'écoulement et le mélange des réactifs au sein même des gouttes, en particulier dans le cas où celles-ci touchent les bords du canal et donc bénéficient de mouvements internes de convection forcée. Les microréacteurs ainsi caractérisés sont utilisés pour le suivi en ligne de réactions chimiques et les données dégagées comparées à des paramètres acquis dans un réacteur batch traditionnel. Les résultats permettent de valider cette nouvelle approche et un exemple montre comment elle s'intègre à une démarche de développement rapide des procédés.- ABSTRACT : This work deals with two-phase microreactors where droplets of reagents are generated and transported as a “string” in a carrier continuous phase. The droplets can be compared with stirred nanoliter batch reactors moving at constant speed, which is very promising for fast kinetic parameter acquisition purpose. New experimental and numerical results according the flow hydrodynamics and the droplet components mixing are exposed, especially in the cases where the droplets are in contact with the channel walls and benefit from forced convection inner loops. The so-characterised microreactors are used to monitor chemical reactions and the obtained data are compared with classical batch reactors ones. The results validate this new approach and an example illustrates how it can be integrated within a fast process design methodolog

Hydrodynamic structures of droplets in square micro-channels

This paper reports on numerical simulations of the hydrodynamics inside droplets in rectangular micro-channels. We use a finite-volume/front-capturing method that allows us to perform two- and three-dimensional simulations with a reasonable cost. The numerical method is an interface-capturing technique without any interface reconstruction. Therefore no complex or expensive interface tracking is needed. Droplet interface deformation and velocity fields inside both droplets and continuous phase can then be followed. This study leads to important results about droplet deformation and inner streamlines for mass and heat transfer studies. More particularly, the capillary number seems to have a great influence on the liquid/liquid flow hydrodynamics whatever is the channel width

Mixing characterization inside microdroplets engineered on a microcoalescer

We use a microdevice where microdroplets of reagents are generated and coalesce in a carrier continuous phase. The work focuses on the characterization of the mixing step inside the droplets, in the perspective to use them for chemical kinetic data acquisition. A dye and water are used, and an acid–base instantaneous chemical reaction is monitored thanks to a colored indicator. Acquisitions are done with a high-speed camera coupled to a microscope and a mixing parameter is calculated by image analysis. Different angles of bended channels and different ways of coalescence are compared. It is shown that the homogenization of the droplets can be reached in less than 10 ms after coalescence. This is achieved by forcing the droplets to coalesce in a “shifted” way, and later by adding 45◦ angle bends along the channel

Microréacteurs diphasiques pour le développement rapide des procédés

This work deals with two-phase microreactors where droplets of reagents are generated and transported as a string in a carrier continuous phase. The droplets can be compared with stirred nanoliter batch reactors moving at constant speed, which is very promising for fast kinetic parameter acquisition purpose. New experimental and numerical results according the flow hydrodynamics and the droplet components mixing are exposed, especially in the cases where the droplets are in contact with the channel walls and benefit from forced convection inner loops. The so-characterised microreactors are used to monitor chemical reactions and the obtained data are compared with classical batch reactors ones. The results validate this new approach and an example illustrates how it can be integrated within a fast process design methodology.TOULOUSE-ENSIACET (315552325) / SudocSudocFranceF

Droplet-based millifluidic device under microwave irradiation: Temperature measurement and polymer particle synthesis

The microwave irradiation and the droplet-based millifluidic process are coupled to explore the microwave heating of individual droplets in polymer chemistry. The continuous phase is a microwave-inert oil while the reactive droplets contain hydrosoluble monomer and initiator in an aqueous medium. Microwaves affect directly and preferentially the molecules within the reactive droplets. Addressing the challenge of a suitable millifluidic system coupled to microwave irradiation, the device has been design to answer geometrical and chemical specifications. To get around the issue of the measurement and the control of the droplet temperature while flowing inside the microwave cavity, the use of a chemical probe has been developed (azoic compound) with an assessment in the range 50–90 °C. The polymerization in the droplet-based millifluidic device and microwave irradiation has been successfully performed on acrylic acid under 90 W at a temperature within the range 60–70 °C

Mise en œuvre de micro-réacteurs à l’échelle de micro-gouttes : caractérisation du mélange

L’émergence actuelle des micro-réacteurs offre des perspectives intéressantes pour l'acquisition rapide de données physico-chimiques, et notamment les paramètres de cinétique réactionnelle. L'approche qui nous intéresse est la génération et la coalescence de gouttes de réactifs transportées dans une phase porteuse continue. Le "chapelet" obtenu permet de considérer chaque goutte comme un nano-volume réactionnel évoluant régulièrement le long du canal. L'objet de notre présentation est alors de déterminer et d'optimiser le temps d'homogénéisation entre de l'eau et un colorant dans ces gouttes, afin de préciser l’ordre de grandeur des cinétiques chimiques accessibles. Les acquisitions expérimentales sont faites à l'aide d'une caméra rapide couplée à un microscope. Il est montré que l’utilisation de canaux coudés à 45°, ainsi que l’orientation de la coalescence peuvent singulièrement aider au mélange. L'aboutissement est la conception d'un micro-réacteur où le temps d’homogénéisation est de l'ordre de la milliseconde

Acquisition de cinétique chimique en microréacteur pour le développement rapide des procédés.

Acquisition de cinétique chimique en microréacteur pour le développement rapide des procédés

Hydrodynamics and mass transfer in a tubular reactor containing foam packings for intensification of G-L-S catalytic reactions in co-current up-flow configuration

International audienc

Outils décisionnels dans la gestion des pollutions accidentelles des cours d'eau : vers des solutions écologiquement durables

National audienceIndustries regularly interface with natural environment. The natural environment is often impacted when accidental industrial pollution occurs. Classical procedure makes use of physico-chemical analyses to state the pollution of the environment. However, diagnosis on the living is often neglected in this inventory. The authors suggest an approach adapted to rivers to identify the impacts on the living. This approach may be a decisional tool for field operationals and a first step towards rehabilitation or ecological restoration of environment.L'interface milieu naturel-industrie est une constante dans l'occupation des sols. Lorsqu'un accident d'origine industrielle survient, ce milieu naturel est souvent largement impacté. Les procédures qui se mettent en place font appel à des analyses physico-chimiques pour faire l'état de la pollution du milieu, mais le diagnostic sur le vivant est souvent négligé. Les auteurs proposent une démarche adaptée aux cours d'eau pour le diagnostic des impacts sur le vivant, qui peut s'avérer un outil décisionnel pour les acteurs de terrain en vue d'une réhabilitation ou d'une restauration écologique du milieu

Some recent advances in the design and the use of miniaturized droplet-based continuous process: Applications in chemistry and high-pressure microflows

This mini-review focuses on two different miniaturizing approaches: the first one describes the generation and use of droplets flowing within a millifluidic tool as individual batch microreactors. The second one reports the use of high pressure microflows in chemistry. Millifluidics is an inexpensive, versatile and easy to use approach which is upscaled from microfluidics. It enables one to produce hierarchically organized multiple emulsions or particles with a good control over sizes and shapes, as well as to provide a convenient data acquisition platform dedicated to slow or rather fast chemical reactions, i.e., from hours to a few minutes. High-pressure resistant devices were recently fabricated and used to generate stable droplets from pressurized fluids such as supercritical fluid–liquid systems. We believe that supercritical microfluidics is a promising tool to develop sustainable processes in chemistry