Les réacteurs polyphasiques

Dans les réacteurs à solide consommable, un réactif solide est consommé en présence d'un réactif disponible en phase fluide (liquide ou gazeuse). Le ou les produit(s) de réaction peuvent être fluides et/ou solides.

On peut citer quelques exemples de ce type de réactions :

• pyrolyse de matériaux carbonés et décomposition thermique de composés organiques ou inorganiques :

${NH_4NO_3}_{solide} \rightarrow N_2O_{gaz} + 2 \; H_2O_{gaz}$

• calcination de carbonates et déshydratation d'oxydes :

${CaCO_3}_{solide} \rightarrow CaO_{solide} + {CO_2}_{gaz}$

ou bien ${Mg(OH)_2}_{solide} \rightarrow MgO_{solide} + H_2O_{gaz}$

• gazéification du charbon : $\begin{cases} C_{solide} + H_2O_{gaz} \rightarrow CO_{gaz} + {H_2}_{gaz} \\ C_{solide} + 2 \; H_2O_{gaz} \rightarrow {CO_2}_{gaz} + 2 \; {H_2}_{gaz} \\ C_{solide} + 2 \; {H_2}_{gaz} \rightarrow {CH_4}_{gaz} \end{cases}$

• combustion du charbon : $\begin{cases} C_{solide} + {O_2}_{gaz} \rightarrow {CO_2}_{gaz} \\ C_{solide} + {CO_2}_{gaz} \rightarrow 2 \; CO_{gaz} \end{cases}$

• oxydation du souffre : $S_{solide} + {O_2}_{gaz} \rightarrow {SO_2}_{gaz}$

• oxydation de métaux : $2 \; Fe_{solide} + {O_2}_{gaz} \rightarrow 2 \; FeO_{gaz}$

• calcination / réduction d'oxydes métaliques : ${Fe_2O_3}_{solide} + 3 \; {H_2}_{gaz} \rightarrow 2 \; Fe_{solide} + 3 \; H_2O_{gaz}$

• fabrication du combustible nucléaire :

$UO_2F_2 + H_2O \rightarrow \frac{1}{3} U_3O_8 + 2 \; HF + \frac{1}{6} O_2$ puis $\frac{1}{3} U_3O_8 + \frac{2}{3} \; H_2 \rightarrow UO_2 + \frac{2}{3} \; H_2O$

On s'intéressera à la réaction type suivante, qui permet de représenter la diversité des exemples précédents :

Cette réaction est d'ordre $n$ par rapport au fluide réactif $A$. Les produits de réaction peuvent être solides et/ou gazeux.