Cours evaporation

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  • Publié le : 11 décembre 2011
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EVAPORATION
Opérations unitaires
S.3.6.1 Evaporation :
Évaporation simple effet
Évaporation multiples effets
Recompression de vapeur
Conduite – Paramètres influents
Objectif de formation :
Maîtriser l’ensemble des bilans matières et thermiques permettant la détermination du
matériel nécessaire pour une évaporation.
Posséder une culture générale d’un grand nombre d’appareilsd’évaporation.
1 GENERALITES :
L’évaporation est l’opération fondamentale qui a pour but de concentrer une solution d’un
soluté solide ou liquide, par vaporisation du solvant, à la pression atmosphérique ou sous
vide.
L’évaporation peut être considérée comme une distillation simple, avec toutefois, comme
particularité, que le produit recherché est le résidu non volatil tandis que, dans ladistillation,
les composés intéressants se trouvent dans la vapeur.
L’évaporation est une opération de transfert de matière et d’énergie (chaleur) entre une
solution et une vapeur. Partant d’une solution diluée, elle fournit une solution concentrée sous
forme d’un liquide plus ou moins visqueux, appelé concentrat. Cette solution peut être
soumise ensuite aux opérations de cristallisation et deséchage.
2 NOTIONS THEORIQUES :
Le processus de l’évaporation consiste à fournir de la chaleur à une solution pour vaporiser le
solvant et à condenser les vapeurs de celui-ci par refroidissement. La chaleur nécessaire à la
vaporisation peut être transmise à la solution, contenue dans la chambre d’évaporation, de
plusieurs manières. Le procédé le plus utilisé consiste à envoyer de la vapeurd’eau sous
pression, dans un serpentin ou un faisceau tubulaire, qui constitue la chambre de chauffe.
Cette vapeur, dont la température doit être supérieure à celle du point d’ébullition de la
solution, fournit, par sa condensation, la quantité de chaleur nécessaire. Il y a donc intérêt à
utiliser de la vapeur saturée car sa condensation libère une quantité de chaleur importante.
Une vapeursurchauffée en se refroidissant n’abandonnerait qu’une quantité de chaleur
beaucoup plus faible.
2.1 Évaporation à simple effet :
L’évaporation à simple effet en continu est produite dans un évaporateur constitué, en
principe, d’une chambre de chauffe, alimentée continuellement en solution, chauffée par de la
vapeur d’eau, la condensation de la vapeur de solvant ayant lieu dans un condenseur,refroidi
par un liquide réfrigérant et l’élimination du concentrat se faisant sans interruption.
Pour une solution de concentration et de température données, alimentant un évaporateur en
continu, sous un débit donné, le problème à résoudre consiste à déterminer les débits de
solvant évaporé et de concentrat à teneur fixée à l’avance, ainsi que la puissance thermique
dépensée et toutes lesgrandeurs qui dérivent de cette dernière (surface de chauffe,
consommation de vapeur, etc......).
A. Schéma de principe:
ÉVAPORATION
Alimentation
A, wA, HA
Solvant (vapeur
secondaire)
S, wS, HS
Concentrat
C, wC, HC
Vapeur de chauffe
V, HV
Condensat
V’, HV’
A, C, S, V, V’ représentent les débits massiques de l’alimentation, du concentrat, du solvant
évaporé, de la vapeur de chauffe, etdes condensats.
w représente le titre massique en soluté.
H représente l’enthalpie.
B. Bilan matière :
Bilan global : A = S + C
Bilan en soluté : A S C Aw = Sw + Cw
Le solvant évaporé ne contient pas de soluté en général S w = 0.
Donc : A C Aw = Cw
C. Bilan thermique :
Pour déterminer le débit de vapeur nécessaire, il est nécessaire de faire un bilan thermique
enthalpique.
A V S C V'A H +VH = SH + CH V'H
Première chose à noter, du fait que nous travaillons en bilan massique (kg/h), nous
avons V = V' , par contre les énergies entrante avec la vapeur et sortante avec les condensats
sont nettement différentes V V' $H $H
A V S C V' A H +VH = SH + CH VH
Rappel : Pour déterminer une enthalpie, il faut connaître deux éléments :
La température du fluide,...
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