Conception et fabrication de réacteurs en inox

Le réacteur est le cœur d'une installation chimique. Les quatre paramètres qui déterminent sa conception, et ce qui l'entoure.

Dans une usine chimique, le réacteur est l’endroit où le produit est effectivement fabriqué ; tout le reste l’alimente, le refroidit ou en évacue le produit. Un ensemble réacteur typique comprend la cuve principale, un condenseur vertical ou horizontal et un décanteur pour la séparation des phases, tous dimensionnés autour d’un même jeu de conditions de procédé plutôt que choisis indépendamment.

Les exigences opérationnelles générales sont similaires pour la plupart des usages : fonctionnement sous pression ou sous vide, mélange contrôlé, et chauffage et refroidissement via une chemise ou un serpentin. Ce qui diffère d’une application à l’autre, c’est jusqu’où chaque exigence est poussée, et c’est précisément l’objet du travail de conception.

Les quatre paramètres qui déterminent la conception

Quatre paramètres déterminent la conception mécanique : la pression de service, le vide de service, la température de service et de refroidissement, et le temps de chauffage et de refroidissement requis.

• La pression et le vide de service déterminent l’épaisseur de paroi, le type de fond (plat, bombé ou hémisphérique) et le renfort des tubulures, et déterminent si la cuve doit être conçue et estampillée selon un code pour appareils à pression tel que l’ASME VIII ou la directive européenne DESP, ou peut être construite comme une cuve atmosphérique.
• La température de service et de refroidissement déterminent le choix des matériaux (toutes les nuances d’inox ne se comportent pas de la même façon aux deux extrêmes de température qu’un procédé en batch peut atteindre) et orientent la conception de la chemise : chemise complète, serpentin en demi-tube ou chemise à alvéoles, chacun avec des coefficients de transfert thermique et des pressions admissibles différents.
• Le temps de chauffage et de refroidissement est le paramètre le plus souvent sous-estimé. Un client spécifiera un temps de cycle de lot sans se rendre compte que le budget de temps pour la montée et la descente en température est ce qui détermine réellement la surface d’échange thermique, laquelle détermine à son tour la conception de la chemise ou du serpentin en demi-tube et la demande en fluides utilitaires (vapeur, huile thermique, eau glacée) pour le reste de l’usine. Si cela est sous-dimensionné, le cycle du lot dure simplement plus longtemps que prévu pendant toute la durée de vie de l’équipement.

Agitation et internes

La tâche de mélange est définie indépendamment des quatre paramètres ci-dessus mais interagit avec chacun d’eux : la viscosité, le fait que la réaction soit mono- ou multiphasique, et la nécessité de maintenir des solides en suspension influencent tous le type de mobile et le dimensionnement de l’entraînement. Les chicanes, les tubes plongeurs, les boules de pulvérisation pour le NEP et les tubulures d’échantillonnage/dosage sont placés selon le schéma de procédé, et non comme des raccords standard : le plan de tubulures d’un réacteur constitue en réalité une carte de tous les autres équipements qui lui sont raccordés.

Matériaux, soudage et finition

Les viroles de réacteur sont le plus souvent construites en acier inoxydable 304/304L ou 316/316L, le choix de la nuance étant déterminé par l’exposition aux chlorures et la chimie de nettoyage plutôt que par la seule pression. Le soudage est effectué selon des procédures qualifiées : TIG pour les soudures de virole et de tubulures, soudage orbital lorsqu’un cordon interne homogène et exempt de contamination est important, comme dans les usages pharmaceutique et alimentaire. Après soudage, la cuve est décapée et passivée pour restaurer la couche d’oxyde de chrome que la chaleur de soudage perturbe, et la finition intérieure (laminée 2B, brossée, ou polie mécaniquement/électropolie) est spécifiée en fonction des exigences de nettoyage et d’hygiène du produit.

Makfen conçoit et fabrique des réacteurs en acier inoxydable et en acier au carbone selon ces paramètres, avec des certificats matière et des rapports d’essai de pression délivrés pour chaque cuve.