Exercice d'application 1
On veut utiliser de l'huile brute disponible à 295°K et dont la température ne devra pas dépasser 330°K pour refroidir 29.6 kg.s-1 de produits de pied de colonne à distiller, de 420 à 380 °K.
Pour cela on dispose d'un échangeur tubes calandre fonctionnant avec une passe calandre et deux passes tubes. Le diamètre intérieur de la calandre est de 0.591 m. Le faisceau est constitué de 324 tubes de 19.05 mm de diamètre extérieur, 2.1 mm d'épaisseur (14 BWG), 3.65 m de long et espacés de 25.4 mm (entraxe de 1 pouce) en arrangement carré. Les chicanes transversales sont disposées tous les 230 mm et leur section passante est de 25 %.
Données :
Question
Cet échangeur est-il utilisable ?
Indice
1. Les données du problème permettent aisément le calcul du débit d'huile utilisé.
2. On choisit ensuite le cheminement des fluides, à savoir celui dont le produit m*Cp est le plus faible s'écoule dans les tubes, où la turbulence est plus élevée, ce qui favorise le transfert.
3. On peut alors calculer le coefficient de transfert de chaleur nécessaire à partir de la relation de Davis :
4. Le coefficient de transfert de chaleur disponible se calcule à partir de la méthode de Kern et des coefficients de films, eux même calculés à partir des relations (2) et(4).
5. D'où un coefficient de transfert de chaleur disponible H à comparer avec le coefficient de transfert de chaleur nécessaire.
Indice
1. Les données du problème permettent aisément le calcul du débit d'huile utilisé.
On trouve :
2. On choisit ensuite le cheminement des fluides, à savoir celui dont le produit m*Cp est le plus faible s'écoule dans les tubes, où la turbulence est plus élevée (ce qui favorise le transfert). C'est donc le produit issu du pied de colonne qui circulera dans les tubes (et l'huile dans la calandre, bien évidemment !)
3. On peut alors calculer le coefficient de transfert de chaleur nécessaire à partir de la relation de Davis :
On trouve :
4. Le coefficient de transfert de chaleur disponible se calcule à partir de la méthode de Kern.
On trouve alors :
et
d'où :
5. D'où un coefficient de transfert de chaleur disponible inférieur à celui nécessaire pour assurer l'échange de chaleur demandé.
Résultat
Non, il n'est pas possible d'utiliser cet échangeur pour l'application décrite. On trouve en effet un coefficient de chaleur H disponible inférieur à celui nécessaire.
