Ce simulateur a été réalisé dans le cadre d'un projet tuteuré de deuxième année à l'IUT de Périgueux (année universitaire 2008-2009).
Étudiants:
GOURBEYRE julien
ROCHER Cédric
MALTER-RUEDA François
Enseignants:
M. GUILLOU Pierre
M. ROBERT Thierry
L'objectif de ce programme est de simuler le fonctionnement d'un évaporateur triple effet à co-courant en régime permanent.
But d'un Évaporateur:
Un évaporateur permet de concentrer des solutions (généralement aqueuses). C'est un procédé présent dans de nombreux domaines tels que les industries chimique ou agroalimentaire.
Principe de fonctionnement d'un évaporateur triple effet:
Une solution de concentration initiale c0 est introduite dans l'évaporateur.
L'énergie cédée par la vapeur de chauffe (qui se condense) via un échangeur thermique dans le premier évaporateur permet de vaporiser une partie de l'eau contenue dans la solution et ainsi de concentrer cette dernière.
La solution concentrée c1 est ensuite dirigée vers le second évaporateur, alors que les vapeurs issues de la première vaporisation sont récupérées et assurent le chauffage du second évaporateur (toujours en se condensant). Le chauffage du troisième évaporateur suit le même principe et permet ainsi de concentrer une troisième fois la solution en utilisant la vapeur issue du second évaporateur.
Il est important de remarquer que les pressions dans les évaporateurs sont décroissantes au fur et à mesure de la concentration de la solution. En effet, pour qu'il y ait transfert thermique de la vapeur de chauffe (qui se condense) vers la solution en ébullition dans chaque évaporateur, les températures de changement d'état de la vapeur de chauffe et de la solution doivent être différentes, ce qui implique nécessairement des pressions différentes de chaque côté de l'échangeur thermique dans chacun des évaporateurs, la pression étant alors nécessairement plus basse du côté de la solution liquide.
R est un indicateur de rendement énergétique: cette valeur représente le rapport entre le débit massique total de solvant extrait du mélange d'alimentation (V1 + V2 + V3) et le débit massique de vapeur de chauffe primaire consommée (V0). Ainsi, plus la valeur de R est élevée, meilleur est le rendement énergétique de l'installation. On peut alors constater très facilement qu'un évaporateur multiple effet est plus avantageux qu'un évaporateur simple effet : dans le cas de solutions aqueuses, pour le premier type d'évaporateur, on peut obtenir des valeurs de R supérieures à 1, ce qui veut dire que l'on peut évaporer plus de 1kg.h-1 d'eau en ne payant qu'un seul kg.h-1 de vapeur de chauffe (vapeur primaire), alors que pour le second type (évaporateur classique) R plafonne à environ 1, ce qui veut dire que l'on peut évaporer au maximum 1kg.h-1 d'eau pour 1kg.h-1 de vapeur de chauffe dépensée.
Hypothèses de calculs:
Les pertes thermiques sont négligées.
Les différents mélanges liquides sont assimilés à de l'eau pure pour le calcul de l'enthalpie de vaporisation (chaleur latente de changement d'état LV) ainsi que pour le calcul des températures de vaporisation des mélanges liquides. Le simulateur exploite une base de données (les tables de l'eau pour des pressions absolues P variant de 0,02 bar à 50 bar; dans les cas où la pression choisie n'est pas tabulée, une interpolation linéaire est réalisée en se basant sur les pressions tabulées encadrant directement la pression choisie).
Mode d'emploi:
Très facile d'utilisation, ce simulateur effectue les bilans thermique et massique sur un évaporateur triple-effet fonctionnant en régime permanent. Il détermine également les températures dans chacun des évaporateurs, la température de la vapeur de chauffe, ainsi que les enthalpies de vaporisation de l'eau et les titres massiques des solutions liquides sortant de chacun des évaporateurs.
Deux modes d'utilisation sont possibles: simulateur 1: il permet de calculer le titre massique wa3 de la solution de sortie connaissant les conditions de fonctionnement de l'appareil.
Les données à rentrer sont les suivantes: les pressions dans chacun des évaporateurs (P1, P2 et P3, nécessairement décroissantes) ainsi que la pression de la vapeur de chauffe (P0), le débit massique de vapeur de chauffe (V0), la température d'entrée (T0a) de la solution d'alimentation à concentrer ainsi que sa capacité thermique massique (Cp), et enfin le titre massique de la solution d'alimentation (wa0).
simulateur 2: il permet de calculer le débit de vapeur de chauffe primaire (V0) nécessaire à l'obtention d'un titre massique fixé pour la solution de sortie (wa3).
Les données à rentrer sont les pressions dans chacun des évaporateurs (P1, P2 et P3, nécessairement décroissantes) ainsi que la pression de la vapeur de chauffe (P0), la température d'entrée (T0a) et le débit massique (A0) de la solution d'alimentation à concentrer ainsi que sa capacité thermique massique (Cp), le titre massique de la solution d'alimentation (wa0), et enfin le titre massique de la solution de sortie (wa3).
Contact:
N'hésitez pas à nous faire part de vos remarques éventuelles aux adresses suivantes (bugs à corriger ou améliorations à apporter au simulateur) :
pierre.guillou@u-bordeaux4.fr ou thierry.robert@u-bordeaux4.fr
Ce simulateur a été réalisé dans le cadre d'un projet tuteuré de deuxième année à l'IUT de Périgueux (année universitaire 2008-2009).
Étudiants:
GOURBEYRE julien
ROCHER Cédric
MALTER-RUEDA François
Enseignants:
M. GUILLOU Pierre
M. ROBERT Thierry
L'objectif de ce programme est de simuler le fonctionnement d'un évaporateur triple effet à co-courant en régime permanent.
But d'un Évaporateur:
Un évaporateur permet de concentrer des solutions (généralement aqueuses). C'est un procédé présent dans de nombreux domaines tels que les industries chimique ou agroalimentaire.
Principe de fonctionnement d'un évaporateur triple effet:
Une solution de concentration initiale c0 est introduite dans l'évaporateur.
L'énergie cédée par la vapeur de chauffe (qui se condense) via un échangeur thermique dans le premier évaporateur permet de vaporiser une partie de l'eau contenue dans la solution et ainsi de concentrer cette dernière.
La solution concentrée c1 est ensuite dirigée vers le second évaporateur, alors que les vapeurs issues de la première vaporisation sont récupérées et assurent le chauffage du second évaporateur (toujours en se condensant). Le chauffage du troisième évaporateur suit le même principe et permet ainsi de concentrer une troisième fois la solution en utilisant la vapeur issue du second évaporateur.
Il est important de remarquer que les pressions dans les évaporateurs sont décroissantes au fur et à mesure de la concentration de la solution. En effet, pour qu'il y ait transfert thermique de la vapeur de chauffe (qui se condense) vers la solution en ébullition dans chaque évaporateur, les températures de changement d'état de la vapeur de chauffe et de la solution doivent être différentes, ce qui implique nécessairement des pressions différentes de chaque côté de l'échangeur thermique dans chacun des évaporateurs, la pression étant alors nécessairement plus basse du côté de la solution liquide.
R est un indicateur de rendement énergétique: cette valeur représente le rapport entre le débit massique total de solvant extrait du mélange d'alimentation (V1 + V2 + V3) et le débit massique de vapeur de chauffe primaire consommée (V0). Ainsi, plus la valeur de R est élevée, meilleur est le rendement énergétique de l'installation. On peut alors constater très facilement qu'un évaporateur multiple effet est plus avantageux qu'un évaporateur simple effet : dans le cas de solutions aqueuses, pour le premier type d'évaporateur, on peut obtenir des valeurs de R supérieures à 1, ce qui veut dire que l'on peut évaporer plus de 1kg.h-1 d'eau en ne payant qu'un seul kg.h-1 de vapeur de chauffe (vapeur primaire), alors que pour le second type (évaporateur classique) R plafonne à environ 1, ce qui veut dire que l'on peut évaporer au maximum 1kg.h-1 d'eau pour 1kg.h-1 de vapeur de chauffe dépensée.
Hypothèses de calculs:
Les pertes thermiques sont négligées.
Les différents mélanges liquides sont assimilés à de l'eau pure pour le calcul de l'enthalpie de vaporisation (chaleur latente de changement d'état LV) ainsi que pour le calcul des températures de vaporisation des mélanges liquides. Le simulateur exploite une base de données (les tables de l'eau pour des pressions absolues P variant de 0,02 bar à 50 bar; dans les cas où la pression choisie n'est pas tabulée, une interpolation linéaire est réalisée en se basant sur les pressions tabulées encadrant directement la pression choisie).
Mode d'emploi:
Très facile d'utilisation, ce simulateur effectue les bilans thermique et massique sur un évaporateur triple-effet fonctionnant en régime permanent. Il détermine également les températures dans chacun des évaporateurs, la température de la vapeur de chauffe, ainsi que les enthalpies de vaporisation de l'eau et les titres massiques des solutions liquides sortant de chacun des évaporateurs.
Deux modes d'utilisation sont possibles:
simulateur 1: il permet de calculer le titre massique wa3 de la solution de sortie connaissant les conditions de fonctionnement de l'appareil.
Les données à rentrer sont les suivantes: les pressions dans chacun des évaporateurs (P1, P2 et P3, nécessairement décroissantes) ainsi que la pression de la vapeur de chauffe (P0), le débit massique de vapeur de chauffe (V0), la température d'entrée (T0a) de la solution d'alimentation à concentrer ainsi que sa capacité thermique massique (Cp), et enfin le titre massique de la solution d'alimentation (wa0).
simulateur 2: il permet de calculer le débit de vapeur de chauffe primaire (V0) nécessaire à l'obtention d'un titre massique fixé pour la solution de sortie (wa3).
Les données à rentrer sont les pressions dans chacun des évaporateurs (P1, P2 et P3, nécessairement décroissantes) ainsi que la pression de la vapeur de chauffe (P0), la température d'entrée (T0a) et le débit massique (A0) de la solution d'alimentation à concentrer ainsi que sa capacité thermique massique (Cp), le titre massique de la solution d'alimentation (wa0), et enfin le titre massique de la solution de sortie (wa3).
Contact:
N'hésitez pas à nous faire part de vos remarques éventuelles aux adresses suivantes (bugs à corriger ou améliorations à apporter au simulateur) :
pierre.guillou@u-bordeaux4.fr ou thierry.robert@u-bordeaux4.fr