Could we do more with segmented flow?

par Camille Mehault

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Claude de Bellefon et de Régis Philippe.

Soutenue le 04-11-2020

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques (CPE) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Peut-on faire plus avec les écoulements segmentés ?


  • Résumé

    Ce travail porte sur les écoulements segmentés multiphasiques complexes. Pour certaines applications chimiques, il est nécessaire d’introduire plus de deux phases dans les milli-canaux. Contrairement aux écoulements segmentés G/L et L/L, les écoulements multiphasiques complexes (e.g. G/L/L, S/L/L) ont été peu étudiés. Dans ce travail, l’écoulement segmenté alterné (ASF), où deux phases miscibles séparées par une phase inerte continue sont injectées successivement, est caractérisé (hydrodynamique et transfert de matière). La coalescence des gouttes est évitée par un choix judicieux d’injecteur et par l’addition de bulle de gaz entre les gouttes dispersées. L’écoulement est alors stable sur plus de 30 min. Une étude colorimétrique sur le transfert de matière entre les deux gouttes de l’ASF montre que le film liquide à la paroi participe grandement aux transports des solutés. Ensuite, ce travail aborde l’utilisation des écoulements multiphasiques complexes pour des applications chimiques. La synthèse de nanoparticules de ruthénium a été étudiée dans un écoulement segmenté H2/liquide ionique visqueux. De plus, la faisabilité d’implémenter des réactions en cascade avec des étapes incompatibles a été également examinée. L’objectif est d’utiliser la compartimentation qu’offrent les écoulements segmentés pour développer ces réactions en cascade en continu. Sur ce dernier point, des directives simples sont proposées pour faciliter l’étude de faisabilité


  • Résumé

    This work focuses on complex multiphase segmented flows. For specific chemical applications, more than two phases must be introduced in the milli-channel. Unlike two-phase segmented flow (G/L and L/L), multiphase segmented flows have been scarcely studied in the literature. This work deals more precisely on alternated segmented flows where two miscible phases (separated by an inert continuous phase) are successively injected. Coalescence is avoided by a careful choice of injector and by adding gas bubbles between each dispersed droplet. The flow is then stable for at least 30 min. A colorimetric study on mass transfer between the two droplets in ASF shows that the liquid film plays an important role in the solute transfer. Then, this work focuses on the use of multiphase segmented flows for chemical applications. Synthesis of ruthenium nanoparticles has been performed in H2/viscous ionic liquid. Furthermore, the feasibility of cascade reactions with incompatible steps has been investigated. The objective was to use the compartmentalization properties of segmented flow to perform these reactions in flow. On this last point, simple guidelines were proposed to facilitate the feasibility study

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