Étude de la condensation en film dans un échangeur à tubes et ailettes en présence d'un gaz incondensable et du drainage du condensat

• Auteur / Autrice : Ali Souayed
• Direction : Riad Benelmir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Baudoin, André Lallemand, Michel Feidt, André Bontemps
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bernard Baudoin, André Lallemand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Analyse numérique

Filtration

Condensation

Humidité de l'air

Échangeurs de chaleur

Résumé

Ce mémoire concerne la conception et la synthèse de films réticulés d’homo et de copolymères de N-vinylpyrrolidinone et de méthyl sulfate de N-[3-(N,N,N-triméthyl ammonium) méthacrylamide, films destinés à l’étude de la séparation par pervaporation de mélanges de liquides de type alcool/éther. Les homopolymères et les copolymères obtenus ont de fortes masses molaires. Les rapports de réactivité, calculés en tenant compte de l'avancement de la réaction, montrent une dérive très rapide de la composition initiale du mélange : inversement à la NVP, le monomère acrylamide a une forte tendance à homopolymériser. Le degré de miscibilité des homopolymères s’est révélé satisfaisant pour permettre la préparation de films transparents ayant des propriétés mécaniques et physico-chimiques satisfaisantes pour les études de sorption isotherme et de pervaporation. En faisant varier la structure et la composition des films, à base d’homopolymères ou de copolymère, les fortes affinités des matériaux pour les alcools ont été mises en lumière. De façon générale, pour un film donné, l’activité de l’alcool détermine l’amplitude des phénomènes observés et corrélativement la sorption d’éther est fortement dépendante de l’activité de l’alcool, ce qui correspond à un phénomène de synergie de sorption. Par ailleurs, il a été montré que les motifs acrylamides quaternisés limitaient fortement l’amplitude des phénomènes de sorption isotherme en phase vapeur comme en phase liquide; des résultats concordant ont été obtenus en pervaporation. Pour les systèmes binaires, les meilleures modélisations des isothermes de sorption sont réalisées par les modèles ENSIC et UNIQUAC ; il a aussi été possible de modéliser la sorption du système ternaire éhtanol-tertiobutyl éthyl éhter. Dans le film formé à partir du copolymère statistique, comparativement aux films de mélanges d’homopolymères, une capacité de sorption d’éthanol plus forte a été notée en relation avec l’augmentant de la polarité moyenne de la structure. Enfin en faisant varier la nature des alcools et des éthers, il apparaît que le taux d’alcool sorbe est plus bas en présence d’éther peu polaire. Comparativement aux résultats de la littérature, les perfomances du transport pervaporatif sont comparables ou supérieures.

The objective of this work is the numerical study of film condensation during the dehumidification of the humid air in presence of noncondensable gas, the design of a system of filtration used to capture and retain the droplets present in the air and to propose a design of heat exchanger which ensures the thermal and economic performance. A simulation of the water vapor condensation in presence of air between two vertical plane plates and in a heat exchanger is led with the fluent software in stationary and transient mode. The flow is laminar and the fluid is supposed to be incompressible. The accuracy of the model used was confirmed through experimental results. A numerical comparison under fluent software of several configurations of droplets separator was made. A numerical study (fluent) on geometrical optimization was undertaken in order to find critical fin and tubes spacing.