Avantages de l'utilisation de l'injection directe de vapeur pour le chauffage à double enveloppe d'eau chaude

Atteindre la température parfaite à chaque fois fait partie intégrante du traitement chimique lors de l'utilisation d'un chauffage à double enveloppe. Ces chemises sont conçues pour contrôler la température de cuisson à l'aide d'une chemise de refroidissement ou de chauffage autour du récipient à travers laquelle circule un fluide de refroidissement ou de chauffage.

Les deux principales méthodes de chauffage d'un réacteur à double enveloppe sont la vapeur et l'eau chaude. La vapeur est souvent la première méthode de chauffage pour de nombreux acteurs de l'industrie en raison de sa disponibilité et de sa facilité d'utilisation, mais de plus en plus d'ingénieurs chimistes commencent à voir les avantages du chauffage à l'eau chaude dans les réacteurs à double enveloppe.

Une chemise chauffée à l'eau a un échange de chaleur uniforme éprouvé entre la chemise et les parois de la cuve. Cela garantit un contrôle uniforme de la température tout au long des différentes étapes, éliminant les points chauds et les brûlures et évitant les chocs thermiques pour un meilleur contrôle de la qualité.

Les transformateurs chimiques se sont généralement penchés vers l'utilisation de la vapeur comme source de chauffage dans les applications de réacteurs à double enveloppe. Tout d'abord, la vapeur est directement injectée dans la chemise et chauffée à la température de réaction chimique souhaitée. Ensuite, le récipient passe par une phase de refroidissement pour ramener le produit à des températures de manipulation sûres (ou sa température de départ) pour la prochaine étape du processus.

Cette phase suivante commence par évacuer toute la vapeur et les condensats collectés au fond de la chemise avant d'introduire l'eau de refroidissement. Si l'eau de refroidissement n'est pas ajoutée correctement à la chemise, le changement de température dramatique peut provoquer un choc thermique qui peut se fissurer et endommager les cuves émaillées ou les soudures sur les réservoirs en acier.

Le chauffage à la vapeur est la technique de chauffage la moins compliquée, car la température constante de la vapeur est peu coûteuse et simple, mais elle est inefficace dans certaines applications. Le chauffage à la vapeur n'offre pas un contrôle précis de la température, en raison de la répartition inégale de la vapeur et des températures plus élevées de la chemise. Cela provoque le développement de points chauds, aggravant les problèmes de chauffage inégal du produit. Cela augmente le risque de brûlure du produit et réduit la qualité du produit.

L'utilisation d'eau chaude pour chauffer les réacteurs à double enveloppe résout bon nombre des problèmes posés par l'utilisation de la chaleur à la vapeur. Le plus important étant que la température dans la veste peut être contrôlée plus précisément avec de l'eau chaude. Parce que l'eau chaude distribue la chaleur plus uniformément, la capacité d'éliminer les points chauds qui peuvent faire brûler le produit est plus facile à faire, améliorant ainsi la qualité du produit. L'eau chaude peut également être tempérée pour augmenter à mesure que la température du produit augmente afin d'éliminer les grands gradients qui peuvent se produire lors de l'utilisation de la vapeur dans la chemise.

Certaines réactions chimiques peuvent passer par une phase de chauffage, une phase de refroidissement puis revenir plusieurs fois à la chaleur. Un système d'eau chaude peut chauffer, maintenir et refroidir un processus en introduisant de l'eau de refroidissement ou tempérée à un débit contrôlé. L'eau de la veste peut être progressivement chauffée vers le haut ou vers le bas jusqu'à la température souhaitée, éliminant ainsi le risque de choc thermique. Cela permet un processus plus rationalisé, car il n'est pas nécessaire d'arrêter la production et d'attendre comme lors de l'utilisation de la vapeur.

Le chauffage de l'eau est le besoin le plus courant dans l'industrie manufacturière aujourd'hui. L'eau doit être chauffée (souvent à une température précise), que l'eau soit utilisée pour le traitement des aliments, des métaux, de la pâte ou du papier ou de tout autre produit consommé.

Les transformateurs chimiques ont plusieurs options pour chauffer l'eau, dont deux sont une méthode de chauffage indirect (comme un échangeur de chaleur) ou une méthode de chauffage direct.

Les méthodes de chauffage indirect chauffent l'eau à travers une barrière ou un mur de transfert de chaleur, ayant généralement un taux spécifique de conduction thermique. Les méthodes de chauffage direct transfèrent la chaleur directement dans l'eau et assurent un transfert de chaleur instantané. La plupart des ingénieurs chimistes connaissent les échangeurs de chaleur et les utilisent pour leurs processus, mais beaucoup ne savent peut-être pas grand-chose sur le chauffage par injection de vapeur par contact direct.

Contrairement aux méthodes de chauffage indirect, l'injection directe de vapeur (DSI) n'a pas de barrière de transfert de chaleur comme un échangeur de chaleur. Bien que des échangeurs de chaleur puissent être nécessaires pour certaines applications, les barrières de transfert de chaleur ont un taux de conduction thermique spécifique qui peut allonger le temps de réponse de l'appareil aux changements de processus.

En revanche, les radiateurs DSI n'ont pas de barrière. Ils peuvent répondre instantanément à un contrôleur de température, garantissant ainsi un temps de latence nul au démarrage car la température du fluide changera immédiatement avec les changements de débit de vapeur régulés. Les radiateurs DSI peuvent être régulés aussi rapidement et précisément que la boucle de contrôle peut mesurer et répondre aux changements de température. Ce transfert de chaleur instantané offre deux avantages principaux : un contrôle précis de la température et une efficacité énergétique.

Plus de 20 % de l'énergie de la vapeur peut être présentée comme de la chaleur sensible. Parce qu'il s'agit à la fois de la chaleur latente et sensible de la vapeur, un réchauffeur DSI nécessite moins de débit de vapeur pour un processus donné que les méthodes de chauffage indirect. De plus, le retour des condensats n'est pas nécessaire pour un système DSI car toute l'énergie de la vapeur est transférée au procédé. Essentiellement, 100 % de l'énergie du condensat est récupérée. Différentes vannes de régulation DSI utilisent différents principes physiques pour leur fonctionnement. Chacun de ces schémas de contrôle fournit plusieurs niveaux de précision de contrôle de la température et d'autres exigences de maintenance.

Le chauffage DSI offre également d'autres avantages qui ne font pas partie d'un système indirect. Ces économies peuvent également conduire à une disposition globale plus efficace de l'usine, des besoins de maintenance réduits/éliminés à la taille compacte nécessitant moins d'espace au sol. La technologie DSI intègre également un contrôle précis de la température, qui permet d'économiser de l'énergie en chauffant les fluides à des températures exactes tout en réduisant les points de consigne et la demande d'énergie, ce qui améliore la qualité du produit.

Au lieu d'introduire uniquement de la vapeur dans la chemise, une solution de chauffage DSI chauffe instantanément l'eau qui entoure ensuite la cuve à chemise à une température uniforme. La technologie DSI peut assurer un chauffage précis, éliminant les points chauds et les brûlures tout en permettant des transitions en douceur du chauffage au refroidissement sans choc thermique.

Randy Pinto est directeur régional des ventes chez Hydro-Thermal. Il peut être joint à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez hydro-thermal.com.