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Déshumidification d'un gaz par refroidissement

Déshumidification d'un gaz par refroidissement

Dans un certain nombre de procédés, il est nécessaire de déshumidifier des gaz, soit parce qu'en les refroidissant ils deviennent saturés en eau, soit parce qu'on a besoin de les sécher.

A titre d'exemple, les procédés d'oxycombustion produisent des fumées composées de dioxyde de carbone et d'eau, qui sont ensuite séparés par condensation de l'eau, ce qui permet de capturer le CO2.

Batterie froide

Pour refroidir un mélange humide, on le fait passer dans un échangeur particulier appelé batterie froide ou de refroidissement, qui peut être refroidi par de l'eau glacée ou par évaporation directe d'un fluide frigorigène. Le mélange étant en contact avec des surfaces froides voit sa température diminuer.

Selon les cas, il peut y avoir ou non condensation. S'il n'y a pas de condensation, l'humidité spécifique reste constante, et le refroidissement peut être représenté par un segment horizontal orienté vers la gauche dans le diagramme psychrométrique, et vertical orienté vers le bas dans le diagramme de Mollier. S'il y a condensation, ce qui est très souvent le cas, il s'agit d'un segment orienté en bas et à gauche dans les deux diagrammes, comme le montre la figure ci-dessous.

Modèle rigoureux

Un refroidissement théorique parfait dans une batterie froide de dimension infinie conduirait à refroidir le mélange humide jusqu'à la température de la batterie à l'état saturé. On a coutume de qualifier une transformation réelle en prenant ce refroidissement théorique comme référence, en introduisant l'efficacité e de la batterie froide : e = (w2 - w1)/(wsat - w1).

Un problème peut survenir lorsque, dans le diagramme psychrométrique, la droite issue du point 1 coupe la courbe de saturation en deux points. En effet, dans ce cas, il se peut que le point calculé à partir de l'efficacité se trouve dans la zone saturée. Il y a alors condensation anticipée et le point final se trouve alors sur la courbe de saturation.

Si l'on souhaite être précis, le calcul du point 2, sans être très difficile, demande une assez bonne connaissance des équations des gaz humides.

La classe externe DehumidifyingCoil.java correspond à ce modèle.

Modèle simplifié

Il existe une manière plus simple, quoique physiquement approchée, de résoudre le problème : elle consiste à introduire une efficacité d'extraction de l'eau a, représentant le pourcentage (en volume) de l'eau condensée par rapport à celui de l'eau entrante.

Avec cette convention, on peut recalculer la fraction molaire en eau du gaz sortant à partir de celle du gaz entrant.

Si l'on se donne en plus la température finale, l'état du point 2 peut être aisément déterminé.

La classe externe ColdBattery.java correspond à ce modèle.

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