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TPE THERMIQUE INDUSTRIELLE RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE D’ECHANGEUR Réalisé par :

TPE THERMIQUE INDUSTRIELLE RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE D’ECHANGEUR Réalisé par : Fedi MBARKI Sami OMRI GM2 Grp 2 Université de Monastir Ecole Nationale d ’ Ingénieurs de Monastir Introduction L’industrie de chauffage et de froid nécessite pour la majorité de leur application des échangeurs de chaleur. Un échangeur est un appareil qui assure le transfert de chaleur entre des fluides ou des suspensions à des températures différentes. C’est un élément clé dans la transformation de la matière et de l’énergie et il joue un rôle essentiel dans tout cycle thermodynamique en contribuant à l’amélioration du rendement globale de cycle. On les utilise principalement dans les secteurs de l’industrie (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire, production d’énergie, etc.), du transport (automobile, aéronautique), mais aussi dans le secteur résidentiel et tertiaire (chauffage, climatisation, etc.). 1. Classes d’échangeurs de chaleur : On distingue trois classes d’appareils correspondant à des fonctions très spécifiques, est qui sont les suivants : 1.1 Les échangeurs et les réfrigérants : Dans lesquels ne se produit aucun changement de phase, la désignation «échangeur» est réservé aux appareils ou le transfert entre fluide chaud et froid correspond effectivement a une récupération de la chaleur, alors que le terme « réfrigérant » s’applique aux appareils ou l’on refroidit un effluent par un fluide auxiliaire. 1.2. Les condenseurs : Qui permettant la condensation et le refroidissement d’un effluent vapeur en tête de colonne, soit a l’aide d’un fluide froid, (condenseur essence brut), soit a l’aide d’un fluide auxiliaire (eau, air, saumure, produit frigorigène). Figure 1 : Condenseur 1.3. Les évaporateurs : Qui assurent une vaporisation des produits de fonds de tours gaz grâce à la circulation d’un effluent chaud (gasoil de recyclage par exemple) ou d’un fluide auxiliaire (vapeur d’eau). Dans touts ces appareils la surface de transfert est matérialisée par des tubes dans les divers arrangements permettant de résoudre avec satisfaction les nombreux problèmes de récupération de chaleur rencontrés dans l’industrie. Figure 2 : Evaporateur 2. Critères de classement des échangeurs de chaleur : Il existe plusieurs critères de classements des différents types d’échangeurs, énumérons les principaux : 2.1. Classification selon le mode de circulation : Ce classement est réalisé à partir de la géométrie de l’échangeur et de sens relatif des écoulements des deux fluides dans ce qui suit, on représente uniquement les circulations des fluides les plus souvent rencontrées. 2.1.1. Echangeur a courants parallèles : Dans cette configuration les deux fluides s’écoulent dans la même direction. Cette circulation est dite Co-courant ou anti méthodique. Figure 3 : Echangeur Co-courant 2.1.2. Echangeur à contrecourant : Si la circulation a lieu dans le sens contraire, les écoulements sont dits à contre-courant ou méthodique. Figure 4 : Echangeur contre-courant 2.1.3. Echangeurs à courants croisés : Dans ce type d’échangeurs les deux fluides s’écoulent perpendiculairement l’un à l’autre en remarque ainsi que le sens d’écoulement est sans importance. Figure 5 : Echangeur à courants croisés Dans la plupart des cas l’un des fluides traverse l’écoulement de l’autre fluide plusieurs fois, et l’échangeur est appelé à multiple passe. On distingue deux modes de circulation : A. Circulation à courants croisés méthodiques : L’un des fluides entre par l’extrémité de l’appareil d’où sort le deuxième fluide. Figure 6 : Echangeur à courants croisés méthodiques B. Circulation à courants croisés anti méthodiques : Les deux fluides entre par la même extrémité de dispositif (figure II.7). Figure 7 : Echangeur à courants croisés anti méthodiques 2.2. Classement fonctionnel : Le passage des fluides dans l’échangeur peut s’effectuer avec ou sans changement de phase suivant le cas, on dit que l’on a un écoulement monophasique ou diphasique. On rencontre alors les différents cas suivants : -les deux fluides on un écoulement monophasique. -un seul fluide a un écoulement avec changement de phase, cas des évaporateurs ou de condenseurs. -les deux fluides ont un écoulement avec changement de phase, cas des évapo-condenseurs. 2.3. Classement suivant la compacité de l’échangeur : La compacité est définie par le rapport de l’aire de la surface d’échange au volume de l’échangeur. R.K.Shah propose qu’un échangeur soit considéré comme compact si sa compacité est supérieure à 700m2/m3 ; cette valeur est susceptible de varie de 500 à 800m2/m3. Une classification en fonction de la compacité peut être donnée : Figure 8 : Compacité des échangeurs 2.4. Classification selon le nombre des fluides : Deux fluides. Figure 9 : Echangeur a deux fluides Trois fluides. Figure 10 : Echangeur a trois fluides 2.5. Classement suivant la nature de matériau de la paroi d’échange : On retiendra deux types de paroi : • Les échangeurs métalliques en acier, cuivre, aluminium ou matériaux spéciaux : superalliages métaux ou alliages réfractaires. • Les échangeurs non métallique en plastique, céramique, verre, etc… 2.6. Classification selon le contact : 2.6.1. Echangeur a mélange : Dans ces appareils, les fluides sont intimement mélangés, ces échangeurs sont simples, compact et très efficaces puisque toutes les calories cédés par le fluide chaud sont utilisées pour chauffer le fluide froid. 2.6.2. Echangeur a surface : Dans ce type d’échangeur les fluides sont séparés par des surfaces métalliques. L’échange thermique entre les deux fluides se fait par un contact direct. 2.7. Classement suivant le mode de transfert de chaleur: Les trois modes de transfert de chaleur (conduction, convection, rayonnement) sont couplés dans la plupart des applications (chambre de combustion, récupération sur les fumées, etc.) ; il y a souvent un mode de transfert prédominant. Pour tout échangeur avec transfert de chaleur à travers une paroi, la convection intervient. 2.8. Classement suivant le procédé de transfert de chaleur : Suivant qu’il y a ou non stockage de chaleur, on définit un fonctionnement en récupérateur ou en régénérateur de chaleur : • Transfert sans stockage, donc en récupérateur, avec 2 ou n passages et un écoulement en général continu. • Transfert avec stockage, donc en régénérateur, avec un seul passage et un écoulement intermittent, la matrice de stockage étant statique ou dynamique. 2.9. Classement suivant la fonction de l’échangeur : Parmi les fonctions de l’échangeur de chaleur qu’il existe en site les suivants : A. Fonction réfrigération : • Réfrigérant (cooler) : il refroidit un liquide ou un gaz par circulation d’un fluide auxiliaire, généralement de l’eau. • Réfrigérant intermédiaire : (intercooler), final (aftercooler) : ces termes sont plutôt réservés aux réfrigérant de gaz comprimés au divers étages de compression. • Réfrigérant final (trim cooler) : réfrigérant qui termine la régénération d’un produit. Souvent, ce terme désigne : le réfrigérant a eau qui assure les conditions de sécurité requises pour le stockage des produits ; par extension, il désigne aussi l’association aéroréfrigérant suivi d’un réfrigérant a eau fréquemment utilisés pour cette fonction. • Chiller : refroidit un fluide de procédé par évaporation d’un fluide frigorigène (ou par de l’eau réfrigérée). B. Fonction réchauffage : Préchauffeur (preheater) : il préchauffe un fluide de procédé par la vapeur d’eau ou un fluide chaud de procédé, la chauffe se poursuivant souvent dans un four en aval. Réchauffeur (heater) : il réchauffe également un fluide de procédé mais le terme s’emploi surtout pour désigner l’appareil qui réchauffe un produit stocké généralement pour assurer sa comptabilité. Les termes réchauffeur et préchauffeur d’air s’applique aux appareils (cycliques ou non) assurant la préchauffe de l’air de combustion d’une chaudière ou d’un four par récupération d’une partie de la chaleur contenue dans les fumées ou dans un autre fluide auxiliaire. Economiseur (economizer) : ce terme est plutôt réservé au serpentin permettant la préchauffe de l’eau d’alimentation des chaudières par les fumées. Surchauffeur (super heater) : il augmente la température d’une vapeur au-delà de sa température de condensation. C. Fonction condensation : Condenseur (condenser) : il assure la condensation totale (total condenser) ou partielle (partial condenser) de vapeur par circulation d’eau ou d’un fluide de procédé suffisamment froid. Aérocondenseur (subcooler) : il a la même fonction que le précédent en utilisant l’air comme fluide froid.il assure simultanément la condensation de vapeur et le refroidissement des condensats généralement par circulation d’eau. D. Fonction vaporisation : Vaporiseur (vaporizer) : il assure la vaporisation totale ou partielle d’un liquide de procédé, l’apport de chaleur étant fait par de la vapeur d’eau ou un fluide chaud de procédé éventuellement en condensation. Bouilleur (boiler), rebouilleur (reboiler) : il vaporise une partie des produits de fonds de colonnes pour les renvoyer au fractionnement. Générateur de vapeur : il produit de la vapeur par récupération de chaleur sensible contenue dans les fluides de procédés, des fumées de fours ou des lits catalytiques (Waste heat boiler) ou par combustion de gaz ou de liquides résiduels (Steam generator). E. Fonction particulière : Evaporateur (evaporator) : terme plutôt utilisé pour désigner l’appareil qui concentre des solutions aqueuses par évaporation d’eau ; cependant il peut désigner aussi un vaporiseur et un Chiller. Quelle que soit leur fonction, le principe de fonctionnement de tous ces appareils est celui des échangeurs de chaleur par surface interposée entre deux fluides et mettant en œuvre la transmission par conduction et convection simultanées. par ailleurs, la façon d’organiser la circulation des fluides de chaque coté de uploads/Finance/ echangeur-tpe.pdf