Salut! En tant que fournisseur de gazogènes à coque et à tubes, je suis très heureux de vous emmener dans un voyage pour comprendre le fonctionnement de ces astucieux équipements. Dans ce blog, je vais détailler le principe de fonctionnement d'un gazogène à coque et à tubes d'une manière facile à comprendre, alors allons-y directement !
Qu'est-ce qu'un gazogène à coque et à tubes ?
Avant d'entrer dans le vif du sujet de son fonctionnement, parlons rapidement de ce qu'est un gazogène à coque et à tubes. Il s'agit d'un type d'échangeur de chaleur couramment utilisé dans les processus industriels. Imaginez une grosse coque cylindrique, et à l’intérieur de cette coque, il y a tout un tas de tubes. La coque est l'endroit où s'écoule un fluide et les tubes sont l'endroit où s'écoule un autre fluide. Ces fluides peuvent être des gaz, des liquides ou une combinaison des deux. L'objectif principal de cette configuration est de transférer de la chaleur entre les deux fluides, ce qui est extrêmement important dans de nombreuses applications industrielles telles que la production d'électricité, le traitement chimique, etc.
Le principe de fonctionnement de base
Le principe de fonctionnement d’un gazogène à calandre et à tubes se résume au transfert de chaleur. Deux fluides principaux entrent en jeu : le fluide chaud et le fluide froid. Le fluide chaud est celui qui dégage de la chaleur et le fluide froid est celui qui l'absorbe.
Commençons par le fluide froid. Il entre dans les tubes du gazogène. Ces tubes sont fabriqués dans un matériau bon conducteur de chaleur, comme le métal. Lorsque le fluide froid circule dans les tubes, le fluide chaud s'écoule à l'extérieur des tubes, dans la coque. La chaleur du fluide chaud traverse les parois des tubes et pénètre dans le fluide froid. C'est ce qu'on appelle la conduction.
À mesure que le fluide froid absorbe de la chaleur, il commence à changer d’état. Par exemple, s’il s’agit d’un liquide, il peut commencer à se vaporiser et se transformer en gaz. C'est de là que vient la partie « gazéifieur » du nom. D’un autre côté, le fluide chaud perd de la chaleur en la transférant au fluide froid, et il peut également se refroidir ou changer d’état.
Le chemin des fluides
Parlons maintenant un peu plus de la façon dont les fluides se déplacent dans le gazogène. Il existe différentes manières d'organiser le flux des fluides chauds et froids, et ces dispositions peuvent affecter le fonctionnement du transfert de chaleur.
Flux parallèle
En écoulement parallèle, les fluides chauds et froids entrent dans le gazogène par la même extrémité et s'écoulent dans la même direction. Au début, il y a une grande différence de température entre les deux fluides, donc le transfert de chaleur se fait assez rapidement. Mais à mesure qu’ils circulent, la différence de température diminue et le taux de transfert de chaleur ralentit.
Compteur - Débit
Le contre-flux est un peu différent. Dans cette configuration, les fluides chauds et froids entrent dans le gazogène par des extrémités opposées et s'écoulent dans des directions opposées. Il s’agit en fait d’un moyen plus efficace de transférer la chaleur. Pourquoi? Eh bien, sur toute la longueur du gazogène, il existe une différence de température relativement importante entre les deux fluides. Cela signifie que le transfert de chaleur peut se produire à un rythme plus constant et, globalement, plus de chaleur peut être transférée par rapport à un flux parallèle.
Flux croisé
Le flux croisé est une autre option. Ici, les fluides chauds et froids circulent perpendiculairement les uns aux autres. Ce type de débit est souvent utilisé lorsqu'un des fluides doit être réparti uniformément sur une grande surface. Il n'est pas aussi efficace que le contre-courant en termes de transfert de chaleur, mais il présente ses propres avantages dans certaines applications.
Composants clés d'un gazogène à calandre et à tubes
Pour que l’ensemble du processus fonctionne, un gazogène à coque et à tubes comporte plusieurs composants clés.
Tubes
Comme je l’ai mentionné plus tôt, les tubes sont l’endroit où s’écoule le fluide froid. Ils doivent être constitués d’un matériau capable de résister à la température et à la pression des fluides, ainsi qu’à toute substance corrosive. Les matériaux courants pour les tubes comprennent l'acier inoxydable, le cuivre et l'aluminium.
Coquille
La coque est l'enveloppe extérieure qui contient les tubes et le fluide chaud. Il doit être suffisamment solide pour contenir la pression des fluides. La coque comporte également des ports d'entrée et de sortie permettant au fluide chaud d'entrer et de sortir.
Feuilles tubulaires
Les plaques tubulaires sont comme de grandes plaques qui maintiennent les tubes en place. Ils séparent le côté calandre et le côté tube du gazogène. Les tubes sont insérés dans des trous dans les plaques tubulaires et sont généralement soudés ou expansés pour créer un joint étanche.
Chicanes
Des chicanes sont utilisées à l’intérieur de la coque pour diriger le flux du fluide chaud. Ils font circuler le fluide chaud de manière plus turbulente autour des tubes, ce qui contribue à augmenter le taux de transfert de chaleur. Les déflecteurs peuvent être disposés de différentes manières, comme des déflecteurs segmentaires ou des déflecteurs à disque et en beignet.
Applications des gazéificateurs à calandre et à tubes
Les gazogènes à coque et à tubes ont une large gamme d'applications dans diverses industries.
Production d'énergie
Dans les centrales électriques, ils sont utilisés pour transférer la chaleur de la vapeur chaude produite par une chaudière vers un fluide froid, comme l'eau. Cela permet de produire de l’électricité plus efficacement.
Traitement chimique
Dans l'industrie chimique, les gazogènes à coque et à tubes sont utilisés pour chauffer ou refroidir différentes substances chimiques pendant le processus de fabrication. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour vaporiser des produits chimiques liquides ou pour refroidir des produits de réaction chauds.
Industrie agroalimentaire
Ils sont également utilisés dans l’industrie agroalimentaire. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour pasteuriser le lait ou pour refroidir des boissons chaudes après leur infusion.
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Références
- Incropera, FP et DeWitt, DP (2002). Fondamentaux du transfert de chaleur et de masse. John Wiley et fils.
- Green, DW et Perry, RH (2007). Manuel des ingénieurs chimistes de Perry. McGraw-Colline.
