Pré-dimensionnement d'un réacteur pilote adiabatique de déshydratation de l'éthanol - préparation à une thèse en génie des procédés

IFP Energies nouvelles - Lyon

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IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Pré-dimensionnement d’un réacteur pilote adiabatique de déshydratation de l’éthanol – préparation à une thèse en génie des procédés

La déshydratation catalytique de l’éthanol vers l’éthylène et/ou des molécules à plus forte valeur ajoutée s’inscrit au cœur du développement de procédés bio-sourcés et de la transition vers une chimie plus durable. Les réacteurs à lit fixe adiabatiques sont largement utilisés en chimie organique, pétrochimie et pour la valorisation de ressources renouvelables, mais leur dimensionnement reste délicat à l’échelle pilote dès lors qu’interviennent simultanément phénomènes cinétiques, limitations diffusionnelles et transferts thermiques.

Dans le cadre d’un projet de thèse portant sur la conception et l’analyse d’un pilote adiabatique de déshydratation de l’éthanol, ce stage de niveau Master 2 / école d’ingénieur a pour objectif de poser les bases méthodologiques du dimensionnement du réacteur. Le/la stagiaire travaillera à l’interface entre génie chimique, cinétique hétérogène et transfert de chaleur et de matière, avec l’appui d’un outil dédié (Eurokin) et d’une bibliographie ciblée sur les réacteurs de lit fixe. Ce travail constitue une étape clé de préparation de la thèse, offrant une visibilité directe vers une poursuite en doctorat.

Objectifs du stage :

L’objectif général du stage est de proposer un ensemble robuste de critères de dimensionnement pour un réacteur pilote adiabatique de déshydratation de l’éthanol, et de construire un cadre d’analyse pour les futures données expérimentales de la thèse.

Le stage s’articulera autour des tâches suivantes :

1. Revue bibliographique intégrée
• Synthèse des bonnes pratiques de dimensionnement des lits fixes adiabatiques en catalyse hétérogène (procédés organiques, pétrochimiques, bio-sourcés).
• Récapitulatif des principaux critères empiriques ou semi-théoriques : nombre de particules en section, rapports diamètre lit/diamètre particule, règles de conception pour limiter les gradients internes/externes.
• Analyse de cas publiés de déshydratation d’alcools (en particulier l’éthanol) en réacteurs pilotes et industriels.
2. Élaboration d’une “check-list” de dimensionnement pour le pilote
• Définition et calcul des critères de limitations diffusionnelles internes (nombre de Thiele, critère de Weisz–Prater).
• Évaluation des limitations diffusionnelles externes (coefficients de transfert de matière, nombre de Sherwood).
• Analyse des transferts thermiques et de l’adiabaticité du lit (Nusselt, bilans d’enthalpie, gradients de température).
• Prise en compte de l’hydrodynamique du lit fixe (perte de charge, nombre de Reynolds, régimes d’écoulement).
3. Application à la déshydratation de l’éthanol
• Choix d’un jeu de conditions pilotes (T, P, composition, débit, dimensions du réacteur, taille des particules) en cohérence avec le sujet de thèse.
• Calcul analytique / via corrélations (sans simulation numérique lourde) des différents critères définis, en s’appuyant notamment sur l’outil Eurokin.
• Identification des domaines de fonctionnement du pilote : régime cinétique contrôlé, régime limité par diffusion, zones présentant des gradients thermiques significatifs.
4. Synthèse pour la préparation de la thèse
• Construction d’un cadre méthodologique pour l’analyse des données futures du pilote (quels critères recalculer à partir des mesures, quelles grandeurs surveiller).
• Mise en évidence des paramètres à prioriser dans les études ultérieures (taille de grain, dilution du lit, profil de température, conditions opératoires, etc.).
• Rédaction d’un document de synthèse (guide de dimensionnement et d’analyse) qui servira de base de travail au doctorant.

Poursuite possible en thèse :

Ce stage est directement adossé à un projet de thèse. En fonction des résultats du stage et de l’adéquation du profil, une poursuite en doctorat sur la conception, l’exploitation et l’analyse du pilote de déshydratation de l’éthanol sera envisagée.

Profil recherché :

Étudiant(e) de Master 2 (Génie chimique, Génie des procédés, Procédés durables) ou élève-ingénieur en dernière année avec spécialisation en génie des procédés / catalyse / énergie.

• Solides bases en :
  • réacteurs chimiques (lits fixes, catalyse hétérogène),
  • transferts de matière et de chaleur,
  • bilans de matière et d’énergie.
• À l’aise avec les calculs analytiques et l’utilisation de corrélations de génie des procédés ; goût pour la modélisation et l’analyse critique de modèles.
• Capacité à mener une recherche bibliographique, à synthétiser des informations techniques et à rédiger de manière claire et structurée.
• Autonomie, rigueur, curiosité scientifique, intérêt pour les procédés bio-sourcés et la recherche académique.

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