Échangeurs de chaleurs

Si le fluide arrivant dans l’appareil est surchauffé, la chaleur sensible de la vapeur surchauffée doit être transférée à travers la paroi froide, en plus de la chaleur de condensation.

Pour des vapeurs d’eau, la chaleur sensible de la vapeur surchauffée est faible devant la chaleur de condensation, et la chaleur sensible de la vapeur surchauffée est fréquemment négligée. Ainsi, une surchauffe de 50°C représente 100 J/g, à comparer aux 2300 J/g de chaleur de condensation.

Dans le cas de la condensation de vapeurs organiques, la chaleur sensible de la vapeur est souvent comparable à la chaleur de condensation, et ne peut plus être négligée. La prise en compte d’une surchauffe de la vapeur dépend alors des valeurs relatives des températures de tube et de condensation.

- Si la température de tube est plus faible que la température de condensation de la vapeur surchauffée alors le tube est déjà recouvert de condensat, et la température de la couche externe du film liquide est celle de condensation de la vapeur surchauffée. On suppose alors que toute la chaleur disponible (chaleur sensible de la vapeur + chaleur latente de condensation) est transférée à travers le film, avec un coefficient de transfert de chaleur à la condensation calculée à partir des relations (5) à (11) ci-dessus. On retrouve donc la relation (12) ci-dessus, H étant calculé à partir de la relation (13), et Φ tenant compte de la chaleur sensible de la vapeur.

- Si la surchauffe est importante et que la température de sortie du fluide de refroidissement est proche de la température de condensation, la température de tube peut être supérieure à la température de condensation de la vapeur surchauffée, et dans ce cas, la paroi reste sèche, la condensation ne commence pas. Le condenseur est alors supposé constitué de deux sections consécutives : une première de désurchauffe de la vapeur (un refroidisseur de gaz), et une seconde de condensation. Le calcul du refroidisseur de gaz se fait de façon classique (cf. chapitre 2a) et celui de la section de condensation par les méthodes développées ci-dessus. Toutefois, en raison des faibles coefficients de transfert de chaleur en phase gaz, la section de désurchauffe risque d’apparaître importante, en terme de surface, en comparaison de la chaleur retirée. Cette situation pourra être évitée en pratique en injectant un brouillard de liquide à la vapeur surchauffée : les petites gouttes de liquide s’évaporent très rapidement, et refroidissent ainsi la vapeur surchauffée.

De la même façon, si l’on souhaite sous refroidir le liquide sortant de l’installation bien en dessous de la température de condensation, on pourra supposer le condenseur constitué de deux sections consécutives, l’une servant à la condensation et la seconde au refroidissement du liquide. Le calcul de la section de condensation se fait à partir des méthodes détaillées ci-dessus, celui de la section de refroidissement à partir des méthodes exposées au chapitre 2a.

La surface du condenseur est finalement la somme des surfaces relatives à chaque section.