L'air comme fluide de refroidissement

Echangeur vapeur d'eau/air

Dans un premier temps, il a été suggéré par l'entreprise de tester le condenseur en utilisant l'air comme fluide de refroidissement, le but étant de le réchauffer.

Rapidement, il a été mis en évidence que cette configuration est impossible à mettre en oeuvre dans les conditions étudiées : on a $C_f=\dot{m}_fc_{p,f} \ll C_c=\dot{m}_cc_{p,c}$, le fluide chaud subit la variation de température du fluide froid (qui est très importante) l'empêchant alors de se refroidir. Or, le but premier de notre échangeur de chaleur est de condenser les vapeurs de polluants qui arrivent à 200°C.

Un simple bilan d'enthalpie entre l'entrée et la sortie nous fournit la température de l'air attendue à la sortie de l'échangeur : $T_{s,f}=\frac{-q_c}{\dot{m}_f c_{p,f}}+T_{e,f} \approx 6300 °C$ où $q_{c}=\dot{m}_cc_{p,v}(T_{e,c}-T_{sat,c})-\dot{m}_ch_{lv}+\dot{m}_cc_{p,l}(T_{sat,c}-T_{s,c})$ ce qui n'est évident pas réaliste.

Pour mieux comprendre ce qu'il se produit, fixons la température de sortie de l'air ($T_{s,f}\approx 190°C$) et utilisons notre programme pour visualiser l'évolution des températures des deux fluides (le fluide chaud est de l'eau):

En pointillé, la condensation interne, en traits continus, la condensation externe

On voit donc bien un réchauffement de l'air (ce qui était souhaité par l'entreprise) mais la température du fluide chaud ne diminue pas suffisamment pour atteindre sa température de saturation : il n'y a pas de condensation possible dans cette configuration.

L'utilisation de l'air comme fluide caloporteur n'est donc pas retenue pour la suite de l'étude.