Jérémie Malle, Patrice Clément, Patrice Tochon, André Bontemps

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1 Jérémie Malle, Patrice Clément, Patrice Tochon, André Bontemps
Etude expérimentale de la condensation de n-hexane et d’isopropanol avec incondensables : analyses thermiques et hydrauliques Jérémie Malle, Patrice Clément, Patrice Tochon, André Bontemps GREThE-LETH

2 Plan Contexte Objectifs de l’étude Moyens expérimentaux Résultats
Méthodes disponibles et choix Caractérisation expérimentale Moyens expérimentaux Résultats Conclusion - Perspectives

3 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

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5 Objectifs de l’étude Choix d’une méthode adaptée
Courbe de condensation Méthode du film Caractérisation monophasique des deux géométries testées Coefficient de frottement Coefficient d’échange simple phase Comparaison condensation descendante/à reflux Condensation à reflux Limite d’apparition de l’engorgement

6 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 Méthode de la courbe de condensation
Hypothèses Mélange gazeux en équilibre Transferts de masse faibles Données nécessaires Propriétés physiques des fluides

8 Méthode du film Hypothèses Données nécessaires
Couche de diffusion Vapeur Incondensable T d Paroi Fluide froid Condensat Mélange αcondensation Tp Tl TI Tc TP Méthode du film Hypothèses Le composant le plus volatil forme un film gazeux à l’interface liquide/vapeur Données nécessaires Propriétés de transport Coefficients de diffusion

9 Nombre de Lewis Pour des mélanges binaires Méthodes équivalentes pour
Différence relative entre les deux théories, Webb, D.R., 1996

10 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 ΩD intégrale de diffusion

11 Expression générale de ΩD (Hirschfelder et al
Expression générale de ΩD (Hirschfelder et al., Molecular theory of gases and liquids, 1964) kB, constante de Boltzmann γ, vitesse réduite des molécules χ, angle de déflection b, paramètre d’impact Calcul de pour des mélanges binaires Dépend d’un paramètre ε12 (cf Reid et al., The Properties of gases and liquids, 1987) Valeur finale tabulée dans la littérature, fonction de

12 Mieux connaître l’amélioration des performances
Objectifs des essais Mieux connaître l’amélioration des performances Essais sur maquettes Performances thermiques Performances hydrauliques Corrélations spécifiques Fluide Géométrie

13 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 Fonctionnement en condensation à reflux 3m Sortie mélange appauvri
Sortie eau Sortie hydrocarbure condensé (par gravité) Entrée eau Sortie mélange appauvri azote (non condensable)/hydrocarbure Entrée mélange riche 3m Fonctionnement en condensation à reflux

15 Sections d’essais Section d’essais 1: corrugations à 75°
Sections d’essais 2 et 3 : corrugations à 90° Circuit eau Circuit mélange

16 0 - 40 kW Plage de données 15°C - 90°C 0°C - 85°C 50%-50%
Puissance échangée kW Température hydrocarbure gaz 15°C - 90°C Température côté froid 0°C - 85°C Composition moyenne en entrée 50%-50% Gmélange kg.m-2.s-1 Débit côté froid m3/h Débit de condensat 0,5 - 4,5 m3/h

17 Essais réalisés - Résultats
Azote seul Condensation descendante/ à reflux isopropanol + azote n-hexane + azote

18 Essais en azote seul Résultats Coefficients de frottement

19 Essais en azote seul Résultats Côté eau :
Coefficient d’échange global U en simple phase Côté eau : Dittus-Boelter modifié par Mc Adams Côté Gaz : établissement de corrélations de la forme

20 Comparaison condensation descendante/ à reflux
Coefficient d’échange global U (essais en n-hexane)

21 Résistances Thermiques -Condensat -Mélange gazeux

22 Observation de l’engorgement des canaux (flooding)
Représentation la mieux adaptée : English et al.

23 Conclusion Influence de l’angle de corrugation
Coefficient de frottement Performances thermiques Influence de la nature des fluides Nombre de Lewis Limite d’apparition de l’engorgement

24 Perspectives Calcul systématique du nombre de Lewis pour des mélanges binaires Etude de l’influence de paramètres géométriques comme l’angle de corrugation sur les performances simple phase et en condensation

25 Annexes

26 Collision binaire, d’après Hirschfelder et al
Collision binaire, d’après Hirschfelder et al., Molecular theory of gases and liquids, 1964

27 Collision binaire, d’après Hirschfelder et al
Collision binaire, d’après Hirschfelder et al., Molecular theory of gases and liquids, 1964