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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 ;
-
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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2. Description des phénomènes
2.1 Condensation d’un mélange binaire
Une des caractéristiques de la condensation d'un mélange est que cette condensation ne s'effectue pas de façon isotherme. À titre d'exemple, nous présenterons l'évolution de la condensation d'un mélange de vapeur d'eau et d'éthylèneglycol à pression atmosphérique. Pour cela, considérons le diagramme d'équilibre de ce mélange, constitué de deux courbes notées KG et
, et tracé à la pression atmosphérique (figure 2). Si l'on refroidit le mélange gazeux de concentration molaire
en H2O, (respectivement
en éthylèneglycol) à partir de la température T, l'évolution du mélange est d'abord représentée par une verticale descendante. Lorsque l'on atteint le point V (0), pour une température
(température de rosée ou de goutte), il y a condensation d'un liquide (condensat), représenté par le point L (0) dont la composition en eau est
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BIBLIOGRAPHIE
-
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(2) - COLBURN (A.P.), DREW (T.B.) - The condensation of mixed vapors. - Trans, A.I.Ch.E. Vol. 33, pp. 197-215 (1937).
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(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).
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(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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