Refrigeration and Process Engineering: contributions to a better environment
Contributions du Génie Frigorifique et du Génie des Procédés pour un meilleur environnement
Résumé
In order to reach a better environment, two groups of methods can be considered: substituting polluting by clean (or at least with a lower impact) operations or developing pollution treatment solutions.
This document first presents various researches in Refrigeration aiming to limit the environmental impact of some activities in this field. For instance, researches on boiling heat transfer -and specifically on the mechanisms governing this phenomenon- are developed. The motivation of such studies lies in the enhancement of evaporators. The effect of the presence of oil or of the choice of zeotropic mixtures on refrigerating machines performances is then highlighted. Lastly, a new method for the optimization (minimization) of the energy consumption of water-cooled ammonia compressors is proposed.
Process Engineering provides solutions for the treatment of some air pollutants (e.g. Volatile Organic Compounds or carbon dioxide), among which some use the phenomenon of adsorption, and allow the pollutant separation, capture, concentration and possibly recovery. A new TSA (Temperature Swing Adsorption) process with indirect heating and cooling is developed for performing these operations.
This TSA process can be enhanced if combined with other processes such as condensation. The analysis methods typical of Energy Engineering (mainly Refrigeration and Air Conditioning) are shown to be an appreciable help for the optimization of the overall air treatment system. This is the incentive for suggesting the use of a new tool, namely a psychrometric-like chart for nitrogen-toluene mixtures in the presence of an activated carbon adsorbent.
This document first presents various researches in Refrigeration aiming to limit the environmental impact of some activities in this field. For instance, researches on boiling heat transfer -and specifically on the mechanisms governing this phenomenon- are developed. The motivation of such studies lies in the enhancement of evaporators. The effect of the presence of oil or of the choice of zeotropic mixtures on refrigerating machines performances is then highlighted. Lastly, a new method for the optimization (minimization) of the energy consumption of water-cooled ammonia compressors is proposed.
Process Engineering provides solutions for the treatment of some air pollutants (e.g. Volatile Organic Compounds or carbon dioxide), among which some use the phenomenon of adsorption, and allow the pollutant separation, capture, concentration and possibly recovery. A new TSA (Temperature Swing Adsorption) process with indirect heating and cooling is developed for performing these operations.
This TSA process can be enhanced if combined with other processes such as condensation. The analysis methods typical of Energy Engineering (mainly Refrigeration and Air Conditioning) are shown to be an appreciable help for the optimization of the overall air treatment system. This is the incentive for suggesting the use of a new tool, namely a psychrometric-like chart for nitrogen-toluene mixtures in the presence of an activated carbon adsorbent.
Pour évoluer vers un meilleur environnement, deux types de méthodes peuvent être envisagées : substituer aux opérations "polluantes" des opérations "propres" (ou moins polluantes) ou proposer des solutions curatives de traitement de la pollution.
Ce document présente tout d'abord quelques initiatives dans le domaine du Génie Frigorifique visant à limiter l'impact environnemental de certaines de ses activités. Il s'agit par exemple d'actions de recherche sur le transfert de chaleur par ébullition, visant à maîtriser les mécanismes régissant ce phénomène et finalement à améliorer les évaporateurs des machines frigorifiques. L'impact de la présence d'huile de lubrification dans les circuits frigorifiques sur les performances des installations est ensuite évoqué, de même que l'effet du choix de fluides zéotropes. Une démarche d'optimisation (minimisation) de la consommation énergétique des compresseurs de machines à ammoniac refroidis par eau est enfin proposée.
Le Génie des Procédés fournit quant à lui des moyens de traitement de polluants de l'air (Composés Organiques Volatils, dioxyde de carbone, ...), entre autres grâce au phénomène d'adsorption, en vue de leur séparation, leur capture, leur concentration et éventuellement leur récupération. On présente ici le développement d'un nouveau procédé TSA (Temperature Swing Adsorption) à chauffage et refroidissement indirects permettant ces opérations.
Ce procédé peut être amélioré en le combinant à d'autres procédés comme la condensation. Les modes d'analyse usuels en Génie Energétique (et notamment ceux du Génie Frigorifique et du Génie Climatique) peuvent constituer une aide pour optimiser une telle chaîne de traitement de l'air. En particulier, on suggère l'utilisation d'un outil original pour l'évaluation de procédés couplés : un diagramme de type psychrométrique pour le couple azote-toluène en présence d'un charbon actif adsorbant.
Ce document présente tout d'abord quelques initiatives dans le domaine du Génie Frigorifique visant à limiter l'impact environnemental de certaines de ses activités. Il s'agit par exemple d'actions de recherche sur le transfert de chaleur par ébullition, visant à maîtriser les mécanismes régissant ce phénomène et finalement à améliorer les évaporateurs des machines frigorifiques. L'impact de la présence d'huile de lubrification dans les circuits frigorifiques sur les performances des installations est ensuite évoqué, de même que l'effet du choix de fluides zéotropes. Une démarche d'optimisation (minimisation) de la consommation énergétique des compresseurs de machines à ammoniac refroidis par eau est enfin proposée.
Le Génie des Procédés fournit quant à lui des moyens de traitement de polluants de l'air (Composés Organiques Volatils, dioxyde de carbone, ...), entre autres grâce au phénomène d'adsorption, en vue de leur séparation, leur capture, leur concentration et éventuellement leur récupération. On présente ici le développement d'un nouveau procédé TSA (Temperature Swing Adsorption) à chauffage et refroidissement indirects permettant ces opérations.
Ce procédé peut être amélioré en le combinant à d'autres procédés comme la condensation. Les modes d'analyse usuels en Génie Energétique (et notamment ceux du Génie Frigorifique et du Génie Climatique) peuvent constituer une aide pour optimiser une telle chaîne de traitement de l'air. En particulier, on suggère l'utilisation d'un outil original pour l'évaluation de procédés couplés : un diagramme de type psychrométrique pour le couple azote-toluène en présence d'un charbon actif adsorbant.
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