Refroidissement en cascade par flash détente, modélisation par contraintes et aide à la décision

Amar Bouchama (1)

1 LEPT - Laboratoire d'Energétique et Procédés Thermiques

Le procédé de refroidissement par flash détente se développe dans divers domaines de l'agroalimentaire. La mise sous vide permet d'abaisser la température de saturation et d'évaporer une partie d'un solvant contenu dans un mélange. L'évaporation va se faire en prenant de l'énergie au mélange et ainsi de refroidir. Les vapeurs sont ensuite recondensées et éventuellement les condensats sont réintroduits dans le fluide. Les systèmes de flash détente qui sont actuellement conçus utilisent des composants souvent surdimensionnés. Le procédé reste complexe à appréhender du fait des phénomènes physiques liés au vide et au couplage entre les composants du système. Une pré-étude technologique a conduit à un nouveau concept de refroidissement en cascade permettant de réduire l'encombrement des différentes entités. Il s'agit de partager la cuve de détente en deux parties à pressions différentes, permettant quand même le refroisissement en continu. Ces deux parties communiquent par un clapet à flotteur et sont reliées à deux condenseurs placés en parallèle (ou en série) sur la pompe à vide. Ce système a conduit à un brevet international. Un prototype expérimental permettant de traiter 3 tonnes/heure de mélange a été développé durant la thèse et a permis d'observer des différentes pressions et températures, des condensats ainsi quele débit de la pompe à vide. La modélisation fine de tels phénomènes a été peu abordée. A cette fin, nous simulons l'évolution de la vapeur dans les deux parties de la cuve, sa condensation dans les condenseurs (tube et calandre) et sa liaison au fonctionnement de la pompe à vide. Successivement sont étudiés théoriquement et expérimentalement, l'éjecteur, le dévesiculeur, les condenseurs et leur couplage avec la cuve de détente. Les modèles sont qualifiés en terme de parcimonie, exactitude, précision et spécialisation. Ces étude ont conduit à l'expression d'une base de connaissances formulées par contraintes numériques cohérente avec son traitement par un solveur de problèmes par satisfaction de contraintes (CSP). La base de connaissances et le solveur constituent un système d'aide à la décision pour la définition d'évaporateurs flash.

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Mots clés: Refroidissement; Industrie agroalimentaire; Solvant; Depot sous vide; Condensation; Ejecteur; Thermique industrielle; Simulation numerique; Vapeur

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Amar Bouchama. Refroidissement en cascade par flash détente, modélisation par contraintes et aide à la décision. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2003. Français. ⟨NNT : 2003ENAM0020⟩. ⟨pastel-00001008⟩