Réacteurs solide/liquide : Procédés de caramélisation

Ces travaux s'intéressent à la mise en œuvre de procédés de synthèse de caramels, de qualité prébiotique, et élaborés selon des conditions particulières en milieu polyphasique visqueux. L'extrapolation est réalisée à partir d'une voie synthèse, brevetée par une équipe sévillane. Les conditions expérimentales développées dans ce brevet sont particulièrement contraignantes : sirop de fructose encore visqueux, température peu élevée, mélange polyphasique dû à la présence d'un catalyseur solide... Les conditions de mélangeage sont donc difficiles à réaliser et par conséquent les conditions de réactivité difficiles à atteindre.
Pour répondre aux contraintes expérimentales liées à la rhéologique et à la nature diphasique du système, trois solutions ont déjà été proposées sur des volumes utiles de 1 L. La première approche adoptée a concerné classiquement une mise à l’échelle en réacteur fermé. Le travail a consisté à utiliser une méthode prédictive pour l’adaptation des paramètres de la synthèse afin de réduire les contraintes rhéologique et donc d'améliorer les transferts lors de l’extrapolation. L’utilisation des technologies micro-onde permettant l'intensification du procédé a constitué la seconde approche retenue pour répondre à l’élimination des contraintes. Le rayonnement apporte une réponse pour faciliter les transferts thermiques en milieux fortement visqueux et également un mode d’activation pour la formation des produits. La dernière approche a concerné l’étude du procédé en voie semi-continue sur colonne. Il s’agit, à partir d’essais préliminaires, d’entrevoir la faisabilité d’un tel procédé pour ce type de milieux et proposer ainsi une alternative à la production de ces caramels. Les résultats de ces travaux ont montré que les rendements en dianhydride de fructose, molécules responsables de la qualité recherchée, n'ont pas été seulement conservés mais améliorés avec des temps de réaction beaucoup plus courts.
Ces travaux ont également montré que le choix du procédé et son dimensionnement modifiaient la formulation du caramel (proportion des différents isomères de DAF) et par conséquent pouvaient influencer la qualité prébiotique du produit fini.
La mise en place d'un réacteur plus sophistiqué, plus apte à produire ce type de matière et capable de répondre aux contraintes diffusionnelles et réactionnelles du système, est actuellement étudiée. Le mélangeur statique est l'un de ces appareils, il permet de générer une interface entre deux phases non-miscibles, d'améliorer les transferts et convient parfaitement pour des fluides visqueux. L'objectif est donc d'améliorer l'ensemble des transferts de matière et de chaleur par le choix même du réacteur (design) mais également par son dimensionnement et ses conditions de marche. Les études se développent par un volet expérimental concernant la cinétique réactionnelle et le comportement rhéologique du milieu, tous deux nécessaires au dimensionnement, et par un volet modélisation par CFD permettant de concevoir le mélangeur approprié à la qualité des caramels recherchés.