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1/24 Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques 23 mars 2006 Etude expérimentale de la condensation de n-hexane et disopropanol.

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1 1/24 Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques 23 mars 2006 Etude expérimentale de la condensation de n-hexane et disopropanol avec incondensables : analyses thermiques et hydrauliques Jérémie Malle, Patrice Clément, Patrice Tochon, André Bontemps GREThE-LETH

2 2/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Plan –Contexte –Objectifs de létude Méthodes disponibles et choix Caractérisation expérimentale –Moyens expérimentaux –Résultats –Conclusion - Perspectives

3 3/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Contexte –Industrie chimique et pétrochimique –Conception et utilisation de géométries complexes –Plusieurs phénomènes couplés Condensation de mélanges Configuration des écoulements Engorgement des canaux en cas de reflux

4 4/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques

5 5/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Objectifs de létude –Choix dune méthode adaptée Courbe de condensation Méthode du film –Caractérisation monophasique des deux géométries testées Coefficient de frottement Coefficient déchange simple phase –Comparaison condensation descendante/à reflux –Condensation à reflux Limite dapparition de lengorgement

6 6/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Méthodes disponibles –Méthode de la courbe de condensation Transfert de masse négligé –Méthode du film Prise en compte du transfert de masse –Paramètre de choix : nombre de Lewis Détermination pour des mélanges binaires –Propriétés physiques des fluides Prophy de PROSIM (modèle SRK)

7 7/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Méthode de la courbe de condensation –Hypothèses Mélange gazeux en équilibre Transferts de masse faibles –Données nécessaires Propriétés physiques des fluides

8 8/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Méthode du film –Hypothèses Le composant le plus volatil forme un film gazeux à linterface liquide/vapeur –Données nécessaires Propriétés de transport Coefficients de diffusion Couche de diffusion Vapeur Incondensable T Paroi Fluide froid Condensat Mélange α condensation TpTp TlTl T TITI TcTc TPTP

9 9/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Nombre de Lewis –Pour des mélanges binaires Méthodes équivalentes pour Différence relative entre les deux théories, Webb, D.R., 1996

10 10/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Calcul du coefficient de diffusion binaire –Relation la plus classique Hirschfelder et al. : –Paramètres T température, P pression M masse réduite σ diamètre de collision Ω D intégrale de diffusion

11 11/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Expression générale de Ω D ( Hirschfelder et al., Molecular theory of gases and liquids, 1964) k B, constante de Boltzmann γ, vitesse réduite des molécules χ, angle de déflection b, paramètre dimpact –Calcul de pour des mélanges binaires Dépend dun paramètre ε 12 (cf Reid et al., The Properties of gases and liquids, 1987) Valeur finale tabulée dans la littérature, fonction de

12 12/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Objectifs des essais Mieux connaître lamélioration des performances –Essais sur maquettes Performances thermiques Performances hydrauliques Corrélations spécifiques Fluide Géométrie

13 13/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Boucle expérimentale CLARA Légende 1-circuit gaz 2,3-circuit condensat 4-circuit eau 5-circuit liquide 6-pompe de circulation 7-surpresseur 8-vannes de régulations

14 14/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Fonctionnement en condensation à reflux Sortie eau Sortie hydrocarbure condensé (par gravité) Entrée eau Sortie mélange appauvri azote (non condensable)/hydrocarbure Entrée mélange riche azote (non condensable)/hydrocarbure 3m

15 15/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Sections dessais –Section dessais 1: corrugations à 75° –Sections dessais 2 et 3 : corrugations à 90° Circuit eau Circuit mélange

16 16/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Plage de données Puissance échangée kW Température hydrocarbure gaz 15°C - 90°C Température côté froid 0°C - 85°C Composition moyenne en entrée 50%-50% G mélange kg.m -2.s -1 Débit côté froid m 3 /h Débit de condensat 0,5 - 4,5 m 3 /h

17 17/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Essais réalisés - Résultats –Azote seul –Condensation descendante/ à reflux isopropanol + azote n-hexane + azote

18 18/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Essais en azote seul –Résultats Coefficients de frottement

19 19/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Essais en azote seul –Résultats Coefficient déchange global U en simple phase Côté eau : Dittus-Boelter modifié par Mc Adams Côté Gaz : établissement de corrélations de la forme

20 20/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Comparaison condensation descendante/ à reflux –Coefficient déchange global U (essais en n-hexane)

21 21/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Résistances Thermiques -Condensat -Mélange gazeux

22 22/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Observation de lengorgement des canaux (flooding) –Représentation la mieux adaptée : English et al.

23 23/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Conclusion –Influence de langle de corrugation Coefficient de frottement Performances thermiques –Influence de la nature des fluides Nombre de Lewis Limite dapparition de lengorgement

24 24/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Perspectives –Calcul systématique du nombre de Lewis pour des mélanges binaires –Etude de linfluence de paramètres géométriques comme langle de corrugation sur les performances simple phase et en condensation

25 25/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Annexes

26 26/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Collision binaire, daprès Hirschfelder et al., Molecular theory of gases and liquids, 1964

27 27/2423 mars 2006J. Malle Condensation de mélanges avec incondensables dans une géométrie à plaques Collision binaire, daprès Hirschfelder et al., Molecular theory of gases and liquids, 1964


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