Brevet FR2016323A1 — publié le 19700508

i 2016323 La présente invention est relative à un procédé d'échange de chaleur à action indirecte utilisant un agent quelconque de transfert de la chaleur liquide dans les conditions normales, procédé dan;: lequel on utilise l'agent de transfert 5 de la chaleur aussi "bien à l'état de vapeur qu'à l'état liquide pour réaliser l'échange de chaleur. L'invention vise ici à mettre au point un procédé d'échange de chaleur remplissant les conditions exposées ci-après. Le procédé recherché doit surtout pouvoir être mis 10 en oeuvre lorsqu'à l'intérieur d'une installation fonctionnelle on doit pouvoir charger aussi bien des échangeurs de chaleur dans lesquels on tient surtout à obtenir une bonne transmission de la chaleur en évitant des surchauffes, que des échangeurs de chaleur dans lesquels on veille surtout à obtenir un bon dosage 15 thermique. Cela signifie que, dans l'échangeur de chaleur dans lequel on tient surtout à obtenir une bonne transmission de la chaleur en évitant des surchauffes, on doit amener le produit à chauffer à une température souhaitée aussi vite que possible,-mais jamais au-delà. Dans l'échangeur de chaleur dans lequel on 20 s'attache, par contre, à obtenir un dosage thermique aussi bon que possible, on doit chauffer le produit à chauffer d'une façon aussi ménagée que possible et en respectant rigoureusement des conditions de température déterminées, tout en évitant également les surchauffes. On impose surtout'cette condition préa-25 lable dans beaucoup d'installations pétrô-chimiques, telles que des installations de raffinage et de distillation. L'utilisation du procédé ne doit naturellement pas être limitée à ces installations ; le procédé doit, bien au contraire, pouvoir être également appliqué à n'importe quelle autre installation. 30 2n outre, le procédé recherché ne doit pas non plus être lié à l'utilisation d'un agent déterminé de transfert de la chaleur. On doit, au contraire, pouvoir utiliser un agent quelconque de transfert de la chaleur comme par exemple l'eau ou un liquide organique. La seule condition préalable est que l'agent 35 de transmission de la chaleur soit liquide sous la pression normale (une atm.) et à la température normale (environ 20°). Le choix de l'agent de transfert de chaleur à utiliser dans chaque 69 28387 2 2016323 cas dépend surtout du domaine de température dans lequel les processus d'échange thermique doivent se dérouler. On choisira alors un agent de transfert de la chaleur dont le point d'é-. bullition est sensiblement voisin de la température maximale ad-5 nissible, pour éviter des surchauffes au-delà de cette température . - Une autre condition préalable s'attachant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention réside dans le fait qu'on doit pouvoir faire fonctionner l'ensemble de l'installation sous la 10 pression normale ou sous une pression seulement légèrement supérieure, de façcLn à pouvoir supprimer les contraintes particulières et les mesures de sécurité, indispensables dans les installations à haute pression. Les conditions citées précédemment sont remplies par un 15 processus d'échange de chaleur à action indirecte utilisant un agent quelconque de transfert de la chaleur, liquide dans les conditions normales, procédé dans lequel on utilise l'agent de transfert de la chaleur aussi bien à l'état de vapeur qu'à l'état liquide, et caractérisé par le fait que l'agent de transfert de 20 la chaleur soumis à une légère surpression et chauffé dans un four tubulaire est détendu dans un évaporateur instantané, et de ce fait est séparé en une phase vapeur et en une phase liquide , 1'agent de transfert de la chaleur à 1•état de vapeur traversant l'échangeur de chaleur dans lequel on s'attache sur-25 tout à une bonne transmission de la.chaleur et/ou dans lequel' on doit éviter de dépasser une température maximale autorisée, et étant à nouveau renvoyé par pompage, après sa condensation, dans le four tubulaire, tandis que l'agent liquide de transfert de la chaleur est pompé et traverse l'échangeur de chaleur dans 30 lequel on s'attache surtout à un bon dosage thermique et, après avoir été réuni avec le condensât provenant de l'autre échangeur de chaleur, parvient également à nouveau dans le four tubulaire. Dans le procédé conforme à l'invention, il se produit donc dans 1'évaporateur instantané une décomposition de l'agent 35 de transfert de la chaleur en une phase liquide et en une phase vapeur» Comme les vapeurs garantissent une bonne transmission de la chaleur, on utilise le courant de vapeur pour chauffer 69 28387 3 2016323 l'échangeur de chaleur dans lequel on exige surtout une "bonne transmission de la chaleur et/ou dans lequel on évite de dépasser une température riaximale admissible. L'agent de transfert ae la chaleur liquide permet, par contre, un meilleur dosa-5 ge de l'apport de chaleur et c'est pourquoi on envoie à l'échangeur de chaleur dans lequel on tient surtout à un dosage thermique bon et précis. On re doit pas dépasser non plus ici la température maximale admissible, car l'agent de transfert de la chaleur se vaporiserait. Il est évident qu'on peut prévoir é-10 gaiement dans ce cas, aussi bien pour le circuit de l'agent de transmission de la chaleur à l'état de vapeur que pour le circuit dudit agent de transmission de la chaleur à l'état liquide, plusieurs échangeurs de chaleur au lieu d'un seul échan-geur de chaleur par circuit. 15 Dans le procédé conforme à l'invention, on peut régler de façon relativement simple le chauffage du four tubulaire, en laissant s'échapper de I'évaporateur instantané, par une conduite particulière, une quantité partielle de l'agent de transfert de la chaleur à l'état vapeur, sous une pression qu'on 20 doit maintenir constante, et en condensant ladite quantité dans un réfrigérant. Le débit du condensât apparaissant (quantité par unité de temps) sert alors de grandeur de réglage pour le chauffage du four tubulaire. 3i le débit de condensât sort d'un domaine théorique admissible, cela signifie que, dans 1'évaporateur 25 instantané, une trop grande quantité d'agent de transfèrt de la chaleur passe dans la phase vapeur. L'apport de chaleur au four tubulaire est alors trop important et il faut le réduire. Si, par contre, le débit de condensât est inférieur à la limite la plus basse du domaine théorique admissible, cela signifie que 30 dans 1'évaporateur instantané la quantité d'agent de transfert de la chaleur passant à la phase vapeur n'est pas suffisante. On doit alors augmenter l'apport de chaleur au four tubulaire. On peut également régler de façon simple l'apport de chaleur à l'échangeur de chaleur chargé de l'agent liquide de 35 transfert de la chaleur, en ajustant la quantité d'agent de transfert de la chaleur liquide qui est refoulé par la pompe, en fonction de la mesure fournie par un calorimètre. 69 28387 2016323 Le procédé de l'invention sera mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre, en regard d'un schéma d'écoulement. On y a représenté, dans un but de simplification, une installation dans laquelle on n'a monté qu'un échangeur de 5 chaleur dans les circuits pour l'agent de transfert de chaleur à l'état de vapeur et pour l'agent de transfert de la chaleur se trouvant à l'état liquide. L'agent liquide de transfert de la chaleur parvient, par la conduite 1, dans les tubes chauffants 2 du four tubulaire 10 3 que chauffent lesbrûleurs 4-. Des tubes chauffants 2, l'agent de transfert de la chaleur, soumis à une légère surpression lors du chauffage, pénètre dans 1'évaporateur instantané 5» dans lequel il se détend. Uns partie de l'agent de transfert de la chaleur s'évapore alors, de sorte qu'il se forme, dans l'évapc— 15 rateur, une phase vapeur 6 et une phase liquide 12. L'agent de transfert de la chaleur à l'état de vapeur s'écoule par la conduite 7 dans l'échangeur de chaleur 8 dans lequel on s'attache surtout à ne pas dépasser une température maximale admissible et/ou à obtenir une bonne transmission de la chaleur. Gela veut 20 dire que le produit s'écoulant par la conduite 9 doit s'échauffer aussi vite que possible. L'agent de transfert de la chaleur condensé parvient ensuite, par la conduite 10, grâce à la pompe 11, dans la conduite 18. Pendant ce tenps, la pompe 14- refoule l'agent de trans-25 fert de la chaleur liquide chauffé de 1'évaporateur instantané dans l'échangeur de chaleur 15 par la conduite 13. Il importe surtout, dans cet échangeur de chaleur, d'obtenir un bon dosage thermique. Gela veut dire qu'on doit apporter au produit qui s'écoule par la conduite 16 une quantité de chaleur déterminée avec 30 précision d'une façon aussi ménagée que possible. L'agent de transfert de la chaleur refroidi en conséquence quitte l'échangeur de chaleur 15 par la conduite 17 et parvient dans la conduite 18 où il retourne, en même temps que le condensât provenant de la conduite 10, dans la conduite 1 et, donc^dans le 35 four tubulaire. Pour garantir, dans l'échangeur de chaleur 15, le bon dosage thermique qu'on souhaite, on nonte sur ledit échangeur 15 le calorimètre 19 dont la valeur qu'il mesure commande la vitesse 69 28387 5 2016323 de refoulement de la pompe par la ligne d'impulsions 20. Une quantité partielle de 11 agent de transfert de la chaleur à l'état de vapeur est soutirée de 11évaporateur instantané par la conduite 21 à une pression qu'on, doit maintenir 5 constante et se condense dans le réfrigérant 22. On lit sur le détitaètre 2■}, monté sur la conduite de retour 24, la quantité de condensât apparaissant alors. La ligne d'impulsions 25 relie le débitmètre 25 à la soupape 26 qui règle l'apport de carburant au brûleur 4- par la conduite 28. La commande de la soupa-10 pe 26 en fonction de la valeur donnée par le débitmètre 25 est réalisée de la façon décrite plus haut. Dans le schéma d'écoulement dont il jst question, on n'a représenté que les appareils indispensables pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention. On n'a pas représenté 15 les appareils accessoires qui ne sont pas absolument indispensables pour expliquer l'invention. 69 28387 6 2016323 ai3E-i)XOÀTICII3 1. Procédé d'échange de chaleur à action indirecte, utilisant un agent quelconque de transfert de la chaleur, liquide dans les conditions normales, procédé dans lequel on utilise l'agent de transfert de la chaleur aussi "bien à l'état 5 de vapeur qu'à l'état liquide pour réaliser l'échange de chaleur", caractérisé par le fait que l'agent de transfert de la chaleur,soumis à une légère surpression et chauffé dans un four tubulaire^ est détendu dans un évaporateur instantané et de ce fait est séparé en une phase vapeur et en une phase liquide, 10 l'agent de transfert de la chaleur à l'état de vapeur traversant l'échangeur de chaleur dans lequel on s'attache surtout à une bonne transmission de la chaleur et/ou dans lequel on doit éviter de dépasser une température maximale autorisée, et étant à nouveau renvoyé par pompage, après sa condensation, dans le 15 four tubulaire, tandis que l'agent liquide de transfert de la chaleur est pompé et traverse l'échangeur de chaleur dans lequel on s'attache surtout à un bon dosage thermique et, après avoir été réuni avec le condensât provenant de l'autre échangeur de chaleur, parvient également à nouveau dans le four tubulaire. 20 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une quantité partielle de l'agent de transfert de la chaleur à l'état vapeur s'échappe de 1'évaporateur instantané par une conduite particulière sous une pression qu'on doit maintenir constante et se condense dans un réfrigérant, le débit 25 de condensât apparaissant ainsi en quantité par unité de temps servant de grandeur de réglage pour le chauffage du four tubulaire . 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la quantité d'agent liquide 30 de transfert de la chaleur qui est refoulé par la pompe est réglée en fonction de la valeur fournie par un calorimètre. 4.•Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'agent de transfert de la chaleur à l'état de vapeur et l'agent de transfert de la cha- 35 leur â l'état liquide traversent chacun plusieurs échangeurs de chaleur au lieu de n'en traverser qu'un seul.