Etude de l'influence de la température du fluide sur la performance d'un échangeur de chaleur de la raffinerie d'Alger

IV.5. Calcul des caractéristiques des fluides [ANNEXE 5]

Le tableau (IV.2) ci-dessous résume les corrélations utilisées pour le calcul des propriétés physiques des deux fluides (pétrole brut et reflux de tête) à leurs températures caloriques respectives.

Tableau IV.2 : Corrélations de calcul des propriétés physiques des deux fluides

Propriétés physiques	Corrélations	Conditions d'utilisation
Densité [14]	d4^T = [d4^T -- a (T-15)] (IV.20)	T : 0C a : déterminé à partir du Tableau [ANNEXE 3].
Chaleur spécifique [26]	Relation de Gragoe 0 . 3 8 8 + 0. 00045 T (IV.21) CP =	32^oF = T= 400^oF 0.75 < Spgr (60/60) < 0.96 1Btu/Lb^oF = 4.187 kJ/kg^oC
	0.5 spgr (60 60)
Conductivité thermique [27]	Relation de Gragoe (IV.22) 0 . 0677 k = [ 1- 0 0003(T - 3 2)] .	32^oC = T= 392^oF 1 Btu/h ft^oF = 1.731 w/m^oC 0^oC = t = 200^oC
	Spgr (60 / 60)
Viscosité cinematique[28]	1 = A exp (B/T) A= - 0.0339API^0.188+0.241(Tmav/B) B= exp(5.471+0.00342Tmav) Pour le calcul de Tmav [Annexe4]	T:^oK [Annexe4] A B Brut 0.024 1246.284 R.T. 0.0316 833.99
Viscosité dynamique[28]	u = P 1 (IV.23)	Kg/ms

Remarque :

On calcul les propriétés physique des deux fluides à température calorique, sauf la densité

côté tube on a utilisé la température moyenne pour déterminer F_c et t_c du brut.

IV.6.Calcul de U [ANNEXE 7]

Pour un coefficient d'échange constant, le bilan thermique dans l'échangeur peut s'exprimer par la relation suivante [14]

p =U A F MLDT = M CP (t_e--t_s)

Où : M= p ~

M : Débit massique du pétrole brut (kg/s) ;

p: masse volumique du pétrole brut (kg/m³) ;

Q : Débit volumique du pétrole brut (m³/s) ;

(t_e, ts) : Températures d'entrée et sortie du brut respectivement ;

F : facteur de correction, déterminé à partir de l'abaque (IX.3) et dépend de deux Paramètres R et E donnés par :

		T T - e s		(IV.24)
		t t - e s
	t t - s e			(IV.25)
	T t - e e

A : est la surface d'échange de chaleur (m²) ; A= N it d0 l

N : nombre de tubes ;

d_o :diamètres extérieur des tubes ;

l : longueur des tubes ;

)

(T t

-

e s

Ln

MLDT =

(T t ) (T t

- - -

e s s e

(IV.26)

)

(T t - s e	)
MLDT : moyenne logarithmique des différences de températures. L'expression du coefficient global en (k W/m^2.^oC) est donc donnée par la relation : MC (t t ) P s - e U= AFMDLT		(IV.27)

Figure IV.1. Echangeur tubulaire encrassé [23]

Figure. IV.2.Echangeur tubulaire propre [24]

IV.7.Exemple de calcul :

Un exemple de calcul de la résistance d'encrassement R, de la cellule E101 FED est présenté ci-dessous :

Les données de marche :

te=18 ^oC

ts=100 ^oC

Q= 223.763 m³/h

d ₄ =0.790

15

Te=123 ^oC Ts=58 ^oC

Q'=346.762 m³/h

Les données de construction :

di = 0.01503 m d_o = 0.01905 m nt = 12

n_c = 3

N = 3300 tubes D_c = 1.067 m

B = 0.465 m P = 0.0254 m L = 6.096 m

COTE CALANDRE : REFLUX De TÊTE

Calcul de T_c : T_e = 123 ^oC

COTE TUBE : PETROLE BRUT Calcul de d4^t:

a = 0.00072

tmoy = 59 ^oC ~ d4^t = 0.7583

d 4 = 0.790

15

Calcul de t_c : t_e = 18 ^oC

t_s = 100 ^oC = t_c = 61.05 ^oC

T_s = 58 ^oC = T_c = 88.88 ^oC

Caractéristique du pétrole brut : Cp = 2.128 kJ/kg ^oC

k = 1.4344 10^-4 KW/m ^oC

p = 758.3 kg/m³

t = 7.58 10^-4 kg/ms

Section par tube:

N=3300

di= 0.01503 m = at= 0.0488 m2 nt= 12

Détermination de la vitesse massique : M= 47.133 kg/s

at=0.0488 m2

= Gt= 965.84 kg/m³s

Nombre de Reynolds :

di= 0.01503 m

Gt= 965.84 kg/m³s R_e= 19151.15

t= 7.58 10^-4 kg/ms

Détermination de la fonction de transfert JH :

Caractéristique du reflux de tête

Cp'= 2.203 kJ/kg ^oC k'= 1.555 10^-4 KW/m ^oC p'= 656.18 kg/m³

t'= 7.077 10^-4 kg/ms

Section par calandre :

D_c= = 1.067 m , B= 0.465 m P= 0.0254 m , d_o=0.01905 m
= a_c= 0.124 m2

Détermination de la vitesse massique : M'=63.502 kg/s

ac=0.124 m2

= G_c = 509.72 kg/m³s

Nombre de Reynolds :

D_e=0.02407m

G_c'= 509.72 kg/m³s R_e'=59070.59

t'= 7.077 10^-4 kg/ms

Détermination de la fonction de transfert Jh :

A partir de l'abaque (XI.5) (Annexe9) JH = 64

Détermination du coefficient

de film interne :

JH= 64

CP= 2.128 kJ/kg ^oC

t= 7.58 10^-4 kg/ms

k= 1.4344 10^-4 kw/m ^oC

h i

~ = 1.367 kw/m2 ^oC

I, t A partir de l'abaque (XI. 6) (Annexe9)

Jh = 148

Détermination du coefficient

de film externe :

Jh = 148 CP'=2.203 kJ/kg ^oC

t'= 7.077 10^-4 kg/ms k'=1.555 10^-4 kw/m ^oC

h o

~ =1.37 kw/m2 ^oC

I, c

d= 0.01503 m , do= 0.01905 m h~/cI~=1.367 kw/m2 ^oC

= hio/ Jt=1.078 kw/m2 ^oC

Température du tube:

t_c= 61.05 ^oC ,T_c= 88.88 ^oC , _hio/ cI~= 1.078 kw/m2 ^oC , h0/cI~=1.399 kw/m2 ^oC

= tt=76.62 ^oC

Détermination ut it tt: ut =6.63 10^-4 kg/ms Détermination de I: ut= 6.63 10^-4 kg/ms u= 7.58 10^-4 kg/ms

~ Jt = 1.023

Détermination du coefficient du film :

Jt = 1.023

hio/ t=1.078 kw/m2 ^oC = hio= 1.103 kw/m2 ^oC

Détermination ut' it tt:

ut = 2.252 10^-4 kg/ms

Détermination de I : ut = 2.252 10^-4 kg/ms u ' = 7.077 10^-4 kg/ms

~ c ~ =0.988

Détermination du coefficient du film :

J_c = 0.988

h_e/ J_c= 1.37 kw/m2 ^oC = h_o=1.354 kw/m2 ^oC

Détermination du coefficient de transfert propre :

hi_o=1.103 kw/m2 ^oC , ho=1.354 kw/m2 ^oC ) = Up=0.608 kw/m2 ^oC

Détermination de facteur de correction F à partie de l'abaque (XI.3) (Annexe11)

( E= 0.781 ,R=0.793 )=F = 0.875

Détermination de DTLM :

(t_e = 18 ^oC , t_s = 100 ^oC , T_e = 123 ^oC ,T_s = 58 ^oC ) ~ DTLM = 30.72 ^oC Détermination de coefficient de transfert sale U :

(DTLM = 30.72 ^oC , A= 1203.94 m² ,F= 0.875 , M= 47.133 kg/s )

=> U = 0.254 kw/m2 ^oC

Calcul de la résistance d'encrassement Rd:

(Up= 0.608 kw/m2 ^oC , U = 0.254 kw/m2 ^oC ) = Rd =2.292 m2 oC/ km