Diagnostic et amélioration de l’efficacité énergétique en distillation discontinue

Diagnosis and improvement of batch distillation thermal efficiency

• Auteur / Autrice : Marie Rougier
• Direction : Lingai Luo, Jérôme Bellettre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 22/09/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Roland Solimando
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nolwenn Le Pierrès, Jean-Marc Commenge, Michel Havet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nolwenn Le Pierrès, Jean-Marc Commenge

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échangeurs de chaleur

Économies d'énergie

Distillation

Boissons alcoolisées

Mots clés libres

Mélange eau-éthanol

Sur-préchauffage

Batch distillation

Water-ethanol mixture

Thermal efficiency

Heat echanger

Résumé

Dans le but d’améliorer la performance énergétique de la production d’eau-de-vie de Cognac sans en dégrader la qualité, une analyse énergétique expérimentale et théorique a été conduite sur un alambic charentais semi- industriel, chauffé à feu nu, en régime discontinu. Un diagnostic énergétique a été établi à partir de mesures expérimentales. L’efficacité thermique a été évaluée à 57 %. La quantification des pertes thermiques au niveau des zones de chauffage et de refroidissement de l’alambic a orienté le choix des modifications à apporter à l’installation. Un procédé de (sur)préchauffage des mélanges à distiller a été ajouté. Il a permis de réduire la consommation énergétique tout en revalorisant une partie de la chaleur fatale. La consommation de gaz naturel et les émissions carbonées ont été diminuées de 7 à 21 % et l’efficacité de production améliorée de 4 à 13 %. La méthode nodale a permis de simuler le comportement thermique du distillat, en régime transitoire, lors du (sur)préchauffage et de la chauffe. Le (sur)prechauffage a également été simulé par la méthode NUT. Les modèles ont été validés et leur précision estimée par comparaison de leurs résultats avec les données expérimentales. Deux problématiques industrielles essentielles à la Maison Hennessy ont été prises en compte: le temps de retour sur investissement et la qualité de l’eau-de-vie nouvelle. Le premier est assez long en raison du caractère innovant de l’installation. Les 3 dégustations menées ont montré une légère altération de la seconde. En conclusion, le système de (sur)préchauffage installé améliore l’efficacité énergétique de la distillation charentaise de manière conséquente mais doit être perfectionné afin de conserver la qualité de l’eau-de-vie produite.

An experimental and a theoretical thermal analysis are led on an traditionnal semi- industrial instrumented pot still heated by gas for a batch distillation in order to improve its Cognac production efficiency. Measurements are made, allowing a thermal diagnosis. Estimated thermal efficiency reaches 57%. Thermal losses from the pot still heating and cooling zones are quantified. Extra preheating prior to distillation is implemented for better energy management. Part of the heat wasted is recovered, which allows significant savings. The new setup reduces both gas consumption and carbon emission by 8 to 21 % and the production efficiency is enhanced by 4 to 13points. Two methods are used for simulations.First, the nodal method simulates distillate response during the additional preheating and distillation. Second, the NUT method is used for the additional preheating. Simulation results are compared to experimental data to validate the models reliability and assess their accuracy. Then the study focuses on 2 essential requirements of Hennessy. The first point to be considered is the payback period. In this case, it is quite long since the process is innovating. The second one is the quality of the spirit. Tasting results show a slight degradation. To conclude, the additional preheating process significantly improves the Cognac pot still efficiency. Yet enhancements have to be made to ensure itdoes not affect the quality of the spirit.