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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 :
-
le génie chimique ;
-
la production de chaleur ;
-
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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Calcul du coefficient d’échange thermique. Théorie de la courbe enthalpique
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4. Théorie du film
4.1 Transfert de masse
La résistance au transfert de chaleur et de masse est localisée près de l'interface dans un film gazeux. Si, pour des raisons de simplicité, on considère un mélange binaire, le composant le plus volatil s'accumule près de l'interface liquide-vapeur. La variation de concentration de chaque composant près de l'interface (figure 3) induit donc un phénomène de diffusion dans la direction perpendiculaire à l'écoulement. On peut donc écrire pour le composé le plus volatil noté avec l'indice j = 1, :
avec :
-
- concentration molaire totale
- D12 :
- coefficient de diffusion binaire.
Intégrant cette relation entre l’interface (y = 0) et la limite du film de diffusion (y = δ), on obtient :
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Théorie du film
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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