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Auteur(s)
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André BONTEMPS : Docteur ès sciences - Professeur à l’Université Joseph-Fourier - Groupement pour la Recherche sur les Échangeurs Thermiques (GRETh) - Laboratoire Écoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) - CEA Grenoble
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Lire l’articleINTRODUCTION
La condensation d'un mélange de vapeurs se produit dans de nombreuses installations industrielles qui couvrent des domaines d'application aussi divers que :
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le génie chimique ;
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la production de chaleur ;
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la production de froid.
Dans le premier cas, il est rare que les fluides utilisés dans les procédés soient des corps purs. L’utilisation de mélanges est donc le cas le plus fréquent. Par exemple, en pétrochimie les produits pétroliers sont au départ des mélanges complexes et les différentes opérations de raffinage visent à séparer les différents corps pour ensuite reformer éventuellement des mélanges de composition contrôlée.
Dans les deux derniers domaines les mélanges de fluides ont un double intérêt. D'une part, leur utilisation permet de diminuer les pertes d’exergie dans les évaporateurs et les condenseurs dans certaines configurations. D'autre part, les mélanges sont des candidats intéressants au remplacement des fluides frigorigènes CFC (chlorofluorocarbure) et HFC (hydrofluorocarbure) pour résoudre certains problèmes liés à l'environnement. En effet, la présence de certains de ces fluides dans l’air atmosphérique peut, d’une part, conduire à l’appauvrissement de la couche d’ozone atmosphérique, d’autre part, contribuer à l’effet de serre.
Le calcul des performances thermiques d'un condenseur de mélanges fait appel à deux types de théories. Dans le premier type de théories, dites théories du film, l'accumulation des vapeurs des fluides les plus volatils près de la surface du condensat crée une barrière aux transferts. Ces théories représentent assez bien la réalité, mais peuvent nécessiter un traitement numérique assez lourd s'il y a plus de deux fluides en présence. Dans le second cas, des théories dites à l'équilibre peuvent être utilisées dans certaines conditions expérimentales et pour des fluides obéissant à certains critères. Elles conduisent à des calculs relativement simples.
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6. Conclusion
La méthode de la courbe enthalpique ou courbe de condensation permet de calculer simplement le coefficient d'échange global dans le cas de la condensation d'un mélange de vapeurs. Les valeurs obtenues à l'aide de cette théorie sont approchées, mais peuvent être rendues plus précises moyennant deux types de corrections. La première correction consiste à tenir compte de l'influence du transfert de masse sur le transfert de chaleur en remplaçant le coefficient d'échange thermique côté vapeur aG par un coefficient d'échange thermique
issu de la théorie du film. La seconde consiste à tenir compte de l'importance du transfert de masse par rapport à l'importance du transfert de chaleur en utilisant un facteur multiplicatif lié au nombre de Lewis.
Par ailleurs, un intérêt majeur de la méthode de la courbe enthalpique est qu'elle ne nécessite pas la connaissance de la température de l'interface T I . Ceci explique d'ailleurs le choix des coefficients d'échange qui a été fait.
Enfin, la méthode de la courbe enthalpique a surtout l'avantage de s'appliquer sans modification à la condensation d'un nombre quelconque de corps en présence ou non de gaz incondensables. Ce n'est pas le cas de la théorie du film qui n'est simple que pour la condensation de deux corps. On peut cependant l'appliquer au cas d'un nombre quelconque de vapeurs moyennant la connaissance des paramètres liés au transfert de masse et le calcul itératif de la température à l'interface.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KERN (D.Q.) - Process heat transfer. - McGraw-Hill, New York (1950).
-
(2) - COLBURN (A.P.), DREW (T.B.) - The condensation of mixed vapors. - Trans, A.I.Ch.E. Vol. 33, pp. 197-215 (1937).
-
(3) - HUETZ (J.), PETIT (J.-P.) - Notions de transferts thermiques par convection. - A 1 540, Traité Génie énergétique, volume BE1, Techniques de l’Ingénieur (1990).
-
(4) - CHILTON (T.H.), COLBURN (A.P.) - Mass transfer coefficients : Prediction from data on heat transfer and fluid friction. - Ind. Eng. Chem., Vol. 26, pp. 1183-1187 (1934).
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(5) - SILVER (L.) - Gas cooling with aqueous condensation. - Trans. Instit. Chem. Engin. Vol. 25, pp. 30-42 (1947).
-
(6) - BELL (K.J.), GHALY (M.) - An approximate generalised design method for multicomponent partial condensers. - A....
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