Récupération d’énergie pour les évaporateurs et les unités de rectification

Pour les unités d’évaporation et de rectification à l’échelle industrielle, la prise en compte des possibilités de minimiser la consommation d’énergie est d’une importance capitale. corosys dispose d’une longue expérience et d’un savoir-faire qui s’est construit et étendu successivement, que nous sommes heureux d’appliquer avec vous spécifiquement pour votre processus.

Cela inclut les méthodes classiques pour l’utilisation des flux de matériaux chauds et froids, qui peuvent être étudiés, par exemple, dans une analyse Pinch, ainsi que l’optimisation de la colonne de rectification en ce qui concerne les étapes de séparation et le rapport de reflux requis.

Principalement pour les procédés d’évaporation pure, mais aussi dans une certaine mesure pour les procédés de rectification tels que la rectification du bioéthanol, les concepts d’économie d’énergie suivants peuvent être réalisés – en fonction de la dimension de I’unité, des coûts énergétiques spécifiques, etc. Les concepts sont illustrés à l’aide de l’exemple des installations d’évaporation à film tombant, pour lesquelles les économies d’énergie sont les plus fréquemment utilisées.

Recompression mécanique de vapeur (RVM)

Dans la recompression mécanique de la vapeur, les vapeurs sont comprimées par un compresseur électrique et réutilisées pour chauffer l’évaporateur. Selon l’application (augmentation du point d’ébullition, transfert de chaleur), des turbosoufflantes ou des turbocompresseurs à un ou deux étages sont utilisés comme pompes à chaleur.

La vapeur de processus (vapeur) produite dans les processus industriels est portée à une température plus élevée et donc à un niveau d’énergie plus élevé par un ventilateur radial (compresseur de vapeur mécanique, MBV) et est ensuite réinjectée dans le processus sous forme de vapeur de chauffage fraîche. L’énergie contenue dans la vapeur n’est pas perdue, seule l’énergie nécessaire pour élever la température doit être appliquée en plus sous forme d’électricité. En plus de la réduction de la consommation de combustibles fossiles et donc de la vapeur de chauffage, les émissions de CO2 sont également réduites de manière significative.

La réduction spécifique de la consommation d’énergie grâce à la recompression mécanique de la vapeur est très économique et fiable, en particulier pour les très grandes quantités de vapeur à évaporer.

Recompression thermique de la vapeur (TVR)

La compression thermique de la vapeur (TVR) est basée sur le même principe que l’alternative mécanique, mais n’utilise qu’une partie de la vapeur produite pour chauffer le système. La compression de la vapeur pour la récupération de la chaleur a lieu dans une pompe à jet de vapeur. Il est généralement conçu pour un point de fonctionnement spécifique et fonctionne selon le principe de la pompe à jet. Le fonctionnement d’un compresseur de vapeur thermique nécessite une certaine quantité de vapeur, appelée vapeur motrice. Dans de nombreux cas, l’économie d’énergie qui en résulte est à peu près équivalente à un étage d’évaporation supplémentaire.

Le principal avantage de la recompression thermique de la vapeur est donc la réduction de la consommation de vapeur pour des coûts d’investissement modérés, qui sont inférieurs à ceux d’un étage d’évaporation supplémentaire.

Installations d’évaporation à étages multiples (MEE)

Dans les unités d’évaporation à plusieurs étages, les vapeurs du produit sont utilisées pour chauffer l’effet d’évaporation en aval, de sorte que la consommation de vapeur est réduite en conséquence.

En tenant compte du bilan thermique d’un évaporateur à un étage, la teneur en chaleur (enthalpie) de la vapeur évaporée est approximativement égale à l’apport de chaleur du côté chauffage. Dans le cas habituel de l’évaporation de l’eau, environ 1 kg/h de vapeur vive est produit, car les valeurs de chaleur d’évaporation spécifique du côté du chauffage et du produit sont à peu près les mêmes. Si la quantité de vapeur générée par l’énergie primaire est utilisée comme vapeur de chauffage dans un deuxième évaporateur, la consommation d’énergie de l’ensemble du système est réduite d’environ 50 %. Ce principe peut être poursuivi par d’autres effets pour économiser encore plus d’énergie.

La température de chauffage maximale admissible du premier effet et la température d’ébullition la plus basse du dernier effet forment une différence de température globale qui peut être répartie entre les différents évaporateurs. Par conséquent, la différence de température par effet diminue à mesure que le nombre d’évaporateurs augmente.

C’est pourquoi les surfaces de chauffe des différents évaporateurs doivent être dimensionnées en conséquence, plus grandes pour atteindre le taux d’évaporation requis, mais avec une différence de température plus faible (∆T). Une première approximation montre que la surface de chauffe totale de tous les évaporateurs augmente proportionnellement au nombre d’évaporateurs. Par conséquent, les coûts d’investissement augmentent tandis que la quantité d’énergie économisée devient de plus en plus faible. Pour cela, il faut trouver un optimum avec le client.