Notes bibliographiques

Dans la majorité des installations industrielles, l’utilisation rationnelle de l’énergie est un facteur déterminant de rentabilité et de protection de l’environnement. La majeure partie des échanges énergétiques industriels se fait moyennant des échangeurs de chaleurs. La maîtrise des calculs, du dimensionnement et du design de ces appareils d’échange de chaleur est une compétence fortement demandée dans le domaine de l’ingénierie énergétique et des procédés. Cet ouvrage propose un apprentissage facilité à travers un descriptif complet des différents types d’échangeurs de chaleur (tubulaires, à plaques…), leurs technologies et les calculs associés aux dimensionnements. Il permet de guider et d’orienter l’ingénieur pour la réalisation d’un design optimal de l’appareil d’échange le plus convenable à son application. Les exemples industriels présentés dans ce livre permettent à l’ingénieur une mise en situation réaliste faisant intervenir les différents prérequis en la matière. L’amélioration de l’efficacité énergétique des industries des procédés suscite une attention particulière surtout dans le cas des réseaux d’échangeurs. Dans ce cadre, la méthode PINCH s’avère un outil efficace pour rationaliser la consommation énergétique de ces réseaux. Cet ouvrage aborde cette question à travers un apprentissage pédagogique, simplifié, suivi d’une illustration industrielle 4e de couverture

P. 1 Introduction en génie mécanique P. 7 Rappels P. 7 1. Équations basiques de transfert de chaleur P. 7 1.1 Transfert de chaleur par conduction (loi de Fourier) P. 9 1.2 Transfert par convection P. 9 1.3 Transfert par rayonnement P. 11 2. Écriture du bilan de chaleur P. 14 3. Exemples d'application P. 14 3.1 Mur plan multicouches, notion de coefficient global d'échange P. 17 3.2 Conduite cylindrique recouverte d'un revêtement (diffusion radiale) P. 21 3.3 Application au dimensionnement d'une conduite de pompage de soufre P. 27 Échangeurs de chaleur P. 28 1. Types des échangeurs de chaleur P. 29 1.1 Échangeurs tubulaires et multitubulaires P. 32 1.2 Échangeurs à plaques P. 36 1.3 Autres types d'échangeurs P. 41 2. Encrassement des échangeurs de chaleur P. 42 2.1 Types d'encrassement P. 43 2.2 Effet de l'encrassement sur le fonctionnement des échangeurs P. 46 3. Coefficient global d'un échangeur de chaleur P. 47 3.1 Coefficient global de transfert d'un échangeur à faisceaux et calandre P. 48 3.2 Coefficient global de transfert d'un échangeur à plaques P. 51 Coefficient d'échange convectif sans changement de phases dans les échangeurs de chaleur P. 53 1. Nombres adimensionnels pour le calcul du coefficient de transfert P. 55 2. Corrélations pour le calcul du coefficient de transfert en convection forcée P. 55 2.1 Cas d'une plaque plane parallèle à l'écoulement laminaire P. 56 2.2 Cas d'une plaque plane parallèle à l'écoulement turbulent P. 56 2.3 Cas d'un écoulement entre deux plaques P. 56 2.4 Cas d'un écoulement laminaire perpendiculaire à un tube P. 57 2.5 Cas d'un écoulement turbulent perpendiculaire à un tube P. 57 2.6 Cas d'un écoulement perpendiculaire à un faisceau de tubes P. 57 2.7 Cas d'un écoulement laminaire dans un tube P. 59 2.8 Cas d'un écoulement turbulent dans un tube P. 60 2.9 Cas d'un écoulement dans un espace annulaire P. 65 3. Corrélations pour le calcul du coefficient de transfert en convection libre P. 67 Coefficient d'échange convectif en transfert avec changement de phase P. 67 1. Condensation P. 68 1.1 Types de condensations P. 69 2. Coefficient d'échange en condensation P. 69 2.1 Modèle de Nusselt : condensation en film sur une plaque plane verticale P. 72 2.2 Condensation de vapeur pure P. 75 2.3 Condensation à l'intérieur des tubes horizontaux P. 77 3. Ébullition P. 78 3.1 Courbe d'ébullition P. 78 3.2 Ébullition nucléée P. 79 3.3 Crise d'ébullition P. 80 3.4 Ébullition transitoire P. 81 3.5 Ébullition en film P. 82 4. Exemples d'application P. 85 Technologie des échangeurs de chaleur P. 85 1. Echangeurs tubulaires P. 85 1.1 Sélection des échangeurs tubulaires P. 86 1.2 Appellations et désignations « TEMA » P. 91 1.3 Considérations géométriques des faisceaux tubulaires P. 101 2. Echangeurs à plaques P. 102 3. Condenseurs industriels P. 102 3.1 Condenseurs à air P. 103 3.2 Condenseurs à eau P. 103 3.3 Condenseur coaxial P. 103 3.4 Condenseur bouteille P. 104 3.5 Condenseur tubulaire ou multitubulaire P. 105 3.6 Condenseurs industriels de grande taille P. 106 4. Bouilleurs P. 106 4.1 Bouilleur Kettle P. 107 4.2 Bouilleur concentrateur vertical à circulation forcée P. 108 4.3 Bouilleur à compression mécanique (circulation forcée des vapeurs) P. 109 4.4 Bouilleur à film tombant type Kestner P. 109 5. Algorithme de choix des bouilleurs / évaporateurs P. 111 Performances et calcul des échangeurs de chaleur P. 113 1. Méthode de différence de température moyenne logarithmique DTML P. 113 1.1 Cas d'un échangeur mono passe co-courant P. 115 1.2 Cas d'un échangeur mono passe à contre-courant P. 121 1.3 Extrapolation de l'utilisation de DTLM à un échangeur quelconque P. 129 2. Méthode d'efficacité et du nombre d'unités de transfert P. 131 2.1 Cas d'un échangeur mono tubulaire à co-courant P. 133 2.2 Cas d'un échangeur mono tubulaire à contre-courant P. 134 2.3 Extrapolation du calcul (...) - NUT à un échangeur quelconque P. 140 3. Choix des échangeurs de chaleurs P. 141 4. Méthodologie de design des échangeurs de chaleurs P. 143 Exemples de design P. 143 1. Echangeur à faisceaux et calandres sans changement de phase P. 160 2. Echangeur tubulaire à condensation partielle : application aux mélanges binaires P. 162 2.1 Algorithme conventionnel de calcul adopté P. 163 2.2 Détails des étapes de calcul P. 177 2.3 Calcul de design de l'échangeur étudié P. 184 2.4 Résultats de design du condenseur obtenus par le programme VBA et par AspenB-JAC P. 186 2.5 Maquette graphique de l'appareil P. 187 2.6 Gain annuel relatif à l'installation de l'échangeur P. 189 Optimisation et intégration énergétique des flux de chaleur dans les réseaux d'échangeurs P. 189 1. Méthode du pincement thermique P. 190 1.1 Signification du Pinch P. 191 1.2 Représentation des réseaux d'échangeurs P. 193 2. Conception de réseaux à l'aide de la méthode de pincement P. 193 2.1 Principe de la méthode P. 193 2.2 Règles de faisabilité P. 195 2.3 Critère des capacités P. 197 3. Algorithme de conception et d'optimisation d'un réseau d'échangeurs de chaleur P. 199 4. Exemple industriel P. 201 4.1 Extraction de données P. 201 4.2 Choix du deltaT min P. 202 4.3 Détermination des besoins énergétiques : courbes composites P. 209 4.4. Conception du train d'échange de chaud optimal