FR2797371A1 - Electrical thermo-siphon, for e.g. nuclear reprocessing industry effluent nitric acid evaporator, employs electrical frequency causing minimal corrosive effect - Google Patents

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Abstract

The passage (10) carries both electrical current and recirculated liquid. Characteristics of the current are defined to avoid corrosion, in accordance with the nature of the fluid and the walls it contacts. Preferred Features: Current employed alternates above a threshold frequency, in accordance with the material and fluid processed. The current is three-phase. Connections are made at each end of the tube, to a phase which is tied to earth potential. The other two phases are connected to different points along the length of the tube (10) forming the passage. The alternating current may be single-phase instead. The tube is helical, surrounding a columnar fluid reservoir (2). A connection (14, 15) is made between tube and reservoir base, with a further connection (13, 16) higher in the reservoir. A supplementary pump provides forced circulation. Numbers of tubular passages (10) may be connected for flow in parallel. They can be straight, vertical (i.e. a tube bundle). The helical tube is located around the lower part of the reservoir and around the recirculation tube (14).

Description

THERMOSIPHON <U>PAR</U> TUBE <U>A PASSAGE DE</U> COURANT <U>DESCRIPTION</U> <U>Domaine de l'invention</U> L'invention concerne tous les équipements du type thermosiphon utilisés dans l'industrie pour des opérations d'évaporation, ou de distillation.  THERMOSIPHON <U> BY </ U> TUBE <U> CURRENT </ U> CURRENT <U> DESCRIPTION </ U> <U> Field of the invention </ U> The invention concerns all equipment of the type Thermosiphon used in industry for evaporation, or distillation operations.

<U>Art antérieur et problème posé</U> En référence à la figure 1, un type de thermosiphon, selon l'art antérieur, est utilisé avec un appareil d'exploitation, par exemple, une colonne de distillation 2. Un tel thermosiphon est constitué principalement d'un échangeur de chaleur 1, comme ceux du type tubes-calandre, dans lequel un fluide caloporteur apporte des calories au fluide à faire circuler, ce dernier étant également appelé fluide procédé . I1 se complète d'une jambe de retour, ou tuyauterie de retour, 3 placée dans la partie supérieure de l'échangeur de chaleur 1 et débouchant dans la partie inférieure de la colonne de distillation 2. Il se complète également d'une conduite de recirculation 4 débouchant dans la partie inférieure de l'échangeur de chaleur 1 et dans la partie la plus inférieure de la colonne de distillation 2. <U> PRIOR ART AND PROBLEM POSED </ U> With reference to FIG. 1, a type of thermosyphon, according to the prior art, is used with an operating apparatus, for example a distillation column 2. thermosiphon consists mainly of a heat exchanger 1, such as those of the tube-calender type, in which a heat transfer fluid provides calories to the fluid to circulate, the latter also being called process fluid. It is completed by a return leg, or return pipe, 3 placed in the upper part of the heat exchanger 1 and opening into the lower part of the distillation column 2. It is also completed by a pipe of recirculation 4 opening in the lower part of the heat exchanger 1 and in the lower part of the distillation column 2.

L'échangeur de chaleur 1 possède une entrée 5 et une sortie 6 du fluide caloporteur. Ce dernier peut être par exemple une vapeur saturante, de l'eau surchauffée, ou de l'huile. I1 circule dans la calandre, autour de tubes dans lesquels passe le fluide procédé à faire circuler. L'échange thermique entre le fluide caloporteur et le fluide procédé à chauffer et à faire circuler s'effectue par convection dans la calandre, par conduction à travers la paroi des tubes et par convection à l'intérieur des tubes. The heat exchanger 1 has an inlet 5 and an outlet 6 of the coolant. The latter may for example be saturating steam, superheated water, or oil. It circulates in the shell around tubes in which the process fluid circulates. The heat exchange between the heat transfer fluid and the process fluid to be heated and circulated is carried out by convection in the calender, by conduction through the wall of the tubes and by convection inside the tubes.

I1 existe également des thermosiphons pour lesquels le fluide procédé circule dans la calandre et le fluide caloporteur circule dans les tubes. There are also thermosyphons for which the process fluid circulates in the calandria and the heat transfer fluid circulates in the tubes.

Le fluide procédé provient du volume de rétention constitué par la partie inférieure de la colonne de distillation 2 et passe dans la canalisation de recirculation 4, traverse l'échangeur 1 qui lui apporte les calories nécessaires pour son échauffement et en général pour sa vaporisation partielle. La colonne de distillation 2 est alimentée par une canalisation d'alimentation 8, possède une sortie des concentrats 7 dans sa partie inférieure et une sortie des distillats 9 dans sa partie supérieure. Dans la partie supérieure des tubes de l'échangeur 1, l'écoulement devient diphasique, du fait de la vaporisation partielle du fluide. Le mélange liquide-gaz entre alors dans la colonne 2 par l'intermédiaire de la tuyauterie de retour 3. La phase liquide descend dans la partie inférieure de la colonne de distillation 2, tandis que la phase vapeur s'échappe par le haut de cette dernière, après passage éventuel à travers des éléments internes tels que des plateaux de distillation. The process fluid comes from the retention volume constituted by the lower part of the distillation column 2 and passes through the recirculation pipe 4, passes through the exchanger 1 which provides the necessary calories for its heating and in general for its partial vaporization. The distillation column 2 is fed by a supply pipe 8, has an outlet of the concentrates 7 in its lower part and an outlet of the distillates 9 in its upper part. In the upper part of the tubes of the exchanger 1, the flow becomes diphasic, because of the partial vaporization of the fluid. The liquid-gas mixture then enters the column 2 through the return pipe 3. The liquid phase descends into the lower part of the distillation column 2, while the vapor phase escapes from the top of this column. last, after possible passage through internal elements such as distillation trays.

La recirculation du fluide dans le thermosiphon s'effectue donc de manière naturelle. Elle est due à la différence de densité entre le liquide qui se trouve dans la partie inférieure de la colonne 2 et le mélange diphasique qui se trouve dans les tubes de l'échangeur 1. La force motrice est donc due à la perte de pression hydrostatique dans la partie inférieure de la colonne de distillation 2. Le point de fonctionnement est donné par l'égalité entre cette perte de pression hydrostatique et la somme des pertes de charges générées par le passage dans la conduite de recirculation 4, dans le faisceau tubulaire de l'échangeur 1 et dans la tuyauterie de retour 3. Recirculation of the fluid in the thermosiphon is therefore natural. It is due to the difference in density between the liquid in the lower part of column 2 and the two-phase mixture in the tubes of exchanger 1. The driving force is therefore due to the loss of hydrostatic pressure. in the lower part of the distillation column 2. The operating point is given by the equality between this loss of hydrostatic pressure and the sum of the pressure losses generated by the passage in the recirculation pipe 4, in the tubular bundle of the exchanger 1 and in the return pipe 3.

On note que ce type de thermosiphon peut présenter quelques phénomènes d'instabilités si le dimensionnement est mal adapté aux conditions opératoires . It is noted that this type of thermosiphon may present some phenomena of instabilities if the dimensioning is poorly adapted to the operating conditions.

- instabilités statiques, dites de LEDINEGG, caractérisées par un changement brusque de point de fonctionnement ; - instabilités dynamiques liées à la propagation d'ondes de densité, suite à une perturbation de l'écoulement dans la conduite de recirculation ; et - instabilités liées à la présence de tubes en parallèle. - static instabilities, called LEDINEGG, characterized by a sudden change of operating point; dynamic instabilities related to the propagation of density waves, following a disturbance of the flow in the recirculation line; and - instabilities related to the presence of tubes in parallel.

Par ailleurs, la conduite de tels équipements (changement de point de consigne, démarrage) peut parfois s'avérer difficile (phases transitoires avec périodes d'instabilité, inertie du système assez importante, etc.). Moreover, the driving of such equipment (change of set point, start) can sometimes be difficult (transitional phases with periods of instability, significant inertia of the system, etc.).

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un type différent de thermosiphon d'inertie relativement faible et dimensionné de façon à éviter les problèmes d'instabilité mentionnés précédemment, ce qui facilite notablement la conduite de l'équipement. The object of the invention is to overcome these disadvantages by proposing a different type of thermosiphon relatively low inertia and sized to avoid the instability problems mentioned above, which significantly facilitates the driving of the equipment.

D'autre part, il est connu de chauffer de l'eau par un chauffage électrique constitué d'un (ou de plusieurs) tube métallique à l'intérieur duquel circule l'eau et dont la paroi est parcourue par un courant électrique. L'échauffement des parois de ces tubes ainsi appelés tubes à passage de courant produit de la chaleur par effet Joule dans toute la masse des parois du tube. Cette chaleur est donc transmise au fluide procédé à savoir l'eau. On the other hand, it is known to heat water by an electric heater consisting of one (or more) metal tube inside which circulates the water and whose wall is traversed by an electric current. The heating of the walls of these tubes so called current passage tubes produces Joule heat throughout the mass of the walls of the tube. This heat is therefore transmitted to the process fluid namely water.

Un deuxième but de l'invention est d'utiliser un ou plusieurs tube (s) à passage de courant pour construire un dispositif à thermosiphon susceptible d'être industrialisé, notamment en constituant l'élément moteur de circulation d'un fluide procédé dans une installation industrielle, par exemple de distillation, d'évaporation ou d'autres traitements des fluides. A second object of the invention is to use one or more tube (s) with current flow to build a thermosiphon device that can be industrialized, in particular by constituting the driving element for circulation of a process fluid in a industrial installation, for example distillation, evaporation or other treatment of fluids.

<U>Résumé de l'invention</U> A cet effet, l'objet principal de l'invention est un thermosiphon pour la circulation d'un fluide corrosif dans une installation, constitué d'au moins un tube à passage de courant dans lequel circule le fluide, les caractéristiques du courant électrique circulant dans les parois du tube à passage de courant étant définies en fonction de la nature du fluide et du matériau en contact avec le fluide, de sorte que ledit matériau ne se corrode pas. <U> Summary of the invention </ U> For this purpose, the main object of the invention is a thermosiphon for the circulation of a corrosive fluid in an installation, consisting of at least one tube with current flow. in which the fluid circulates, the characteristics of the electric current flowing in the walls of the flow-through tube being defined according to the nature of the fluid and the material in contact with the fluid, so that said material does not corrode.

On souligne que le courant électrique circulant dans les parois du tube à passage de courant peut être du type alternatif ou continu. It is emphasized that the electric current flowing in the walls of the flow-through tube may be of the alternating or continuous type.

Dans le but d'éviter la corrosion du ou des tubes à passage de courant, lorsqu'il est alternatif, c'est-à-dire lorsque le courant continu ne convient pas, la fréquence du courant doit être supérieure à une valeur dépendant du couple matériau/fluide. In order to avoid corrosion of the current passage tube or tubes, when it is reciprocating, that is to say when the direct current is not suitable, the current frequency must be greater than a value depending on the current. material / fluid couple.

Dans une des réalisations du thermosiphon selon l'invention, le courant électrique est un courant triphasé distribué de manière à connecter chacune des deux extrémités du tube à passage de courant à une première phase reliée à la terre, les deux autres phases étant distribuées à deux points différents de la longueur du tube à passage de courant. In one embodiment of the thermosyphon according to the invention, the electric current is a three-phase current distributed so as to connect each of the two ends of the current-flow tube to a first phase connected to the earth, the other two phases being distributed to two different points of the length of the tube with current flow.

Dans une autre réalisation de l'invention, le courant électrique est un courant monophasé. In another embodiment of the invention, the electric current is a single-phase current.

Dans une des réalisations avantageuses du thermosiphon selon l'invention, le (s) tube (s) à passage de courant a(ont) une forme hélicoïdale, de manière à entourer un volume de rétention du fluide en forme de colonne relié au(x) tube(s), d'une part, au moyen d'une conduite de recirculation dans sa partie inférieure et, d'autre part, au moyen d'une tuyauterie de retour dans sa partie supérieure. In one of the advantageous embodiments of the thermosyphon according to the invention, the current passage tube (s) has (have) a helical shape, so as to surround a column-shaped fluid retention volume connected to the (x) ) tube (s), on the one hand, by means of a recirculation pipe in its lower part and, on the other hand, by means of a return pipe in its upper part.

Pour améliorer l'efficacité du système, le thermosiphon comprend une pompe d'appoint pour forcer la circulation du fluide. To improve the efficiency of the system, the thermosiphon includes a booster pump to force the flow of fluid.

Dans une des réalisations du thermosiphon selon l'invention, ce dernier comprend plusieurs tubes à passage de courant connectés hydrauliquement en parallèle. In one of the embodiments of the thermosyphon according to the invention, the latter comprises several flow-through tubes hydraulically connected in parallel.

Dans ce cas, de préférence, ces tubes sont droits et verticaux. In this case, preferably, these tubes are straight and vertical.

Dans le cas où le tube à passage de courant a une forme hélicoïdale, il est avantageux que celui-ci soit localisé autour de la partie inférieure du réservoir de rétention et autour de la conduite de recirculation. In the case where the current passage tube has a helical shape, it is advantageous for it to be located around the lower part of the retention tank and around the recirculation line.

Dans le cas où le fluide procédé est de l'acide nitrique, il est avantageux que le (s) tube (s) à passage de courant soit (soient) en titane, le courant étant continu, ou alternatif à basse fréquence. In the case where the process fluid is nitric acid, it is advantageous for the current-conducting tube (s) to be (are) titanium, the current being continuous, or alternating at low frequency.

Dans le cas où le fluide est de l'acide nitrique, le (s) tube (s) à passage de courant peut (peuvent) être également en acier inxoydable, la fréquence du courant étant supérieure ou égale à 500 hertz. I1 est également envisagé que le (s) tube (s) à passage de courant soit (soient) en zirconium en alimentant le tube à passage de courant en courant alternatif avec une fréquence supérieure ou égale à 100 hertz. In the case where the fluid is nitric acid, the (s) tube (s) current flow may also be in stainless steel, the frequency of the current being greater than or equal to 500 hertz. It is also envisaged that the current-passing tube (s) is (are) zirconium by feeding the AC current-carrying tube with a frequency greater than or equal to 100 Hz.

Enfin, pour un effluent carbonaté, le au moins un tube à passage de courant est en acier inoxydable, la fréquence du courant étant supérieure ou égale à 50 hertz. Finally, for a carbonated effluent, the at least one flow-through tube is made of stainless steel, the frequency of the current being greater than or equal to 50 hertz.

<U>Liste des figures</U> L'invention et ses caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la présente description, illustré de trois figures représentant respectivement - figure 1, déjà décrite, un thermosiphon selon l'art antérieur ; - figure 2, le thermosiphon selon l'invention ; et - figure 3, une variante du thermosiphon selon l'invention. <U> List of Figures </ U> The invention and its technical characteristics will be better understood on reading the present description, illustrated by three figures respectively representing - Figure 1, already described, a thermosiphon according to the prior art; - Figure 2, the thermosiphon according to the invention; and FIG. 3, a variant of the thermosiphon according to the invention.

Description <U>détaillée d'un mode de</U> <U>réalisation</U> En référence à la figure 2, le thermosiphon selon l'invention s'adapte à une même colonne de distillation 2 et fonctionnant de la même manière que celle décrite en regard de la figure 1, représentant l'art antérieur. Dans cette réalisation décrite, l'élément chauffant est donc un unique tube à passage de courant 10, en forme d'hélice, entourant la conduite de recirculation 14 et la colonne de distillation 2. Sa partie inférieure est reliée à la canalisation de recirculation 14 qui part de la partie la plus inférieure de la colonne de distillation 2. Sa partie supérieure est connectée à la tuyauterie de retour 13 qui pénètre à l'intérieur de la colonne 2. Ainsi, le tube à passage de courant 10 entoure le pied de la colonne 2 et la conduite de recirculation 14.  Detailed <U> description of a mode of </ U> <U> embodiment </ U> Referring to FIG. 2, the thermosyphon according to the invention fits to the same distillation column 2 and operating of the same way as that described with reference to FIG. 1, representing the prior art. In this embodiment described, the heating element is therefore a single propeller-shaped flow-through tube 10 surrounding the recirculation line 14 and the distillation column 2. Its lower part is connected to the recirculation pipe 14 which starts from the lower part of the distillation column 2. Its upper part is connected to the return pipe 13 which penetrates inside the column 2. Thus, the flow tube 10 surrounds the foot of the column. column 2 and the recirculation line 14.

Les concentrats s'évacuent par une sortie 7, placée dans la partie inférieure de la colonne 2. La vapeur s'échappe par un orifice 9 de la partie supérieure de la colonne 2, qui est également alimentée par une canalisation d'alimentation 8 arrivant, par exemple, dans la partie supérieure de cette colonne. The concentrates are evacuated by an outlet 7, placed in the lower part of the column 2. The steam escapes through an orifice 9 in the upper part of the column 2, which is also supplied by a supply pipe 8 arriving for example, in the upper part of this column.

Dans un autre mode de réalisation, la sortie 7 pourrait être piquée à un autre endroit (sur la tuyauterie 14 par exemple). In another embodiment, the outlet 7 could be stitched at another location (on the pipework 14 for example).

Dans un autre mode de réalisation, la canalisation d'alimentation 8 peut être raccordée au niveau de la tuyauterie 14. In another embodiment, the supply line 8 can be connected at the level of the pipework 14.

Le tube à passage de courant 10 est représenté en hélice, mais peut être réalisé par un ou plusieurs tubes, de forme hélicoïdale ou droite, montés en parallèle et placés autour de la colonne et de la conduite 14. The flow-through tube 10 is shown in a helix, but can be made by one or more tubes, of helical or straight form, connected in parallel and placed around the column and the pipe 14.

En effet, la figure 3 montre une deuxième réalisation possible du thermosiphon selon l'invention. L'unique tube à passage de courant 10 de la figure 2 est remplacé par plusieurs tubes droits 20, verticaux et montés en parallèle. Ces derniers sont alimentés chacun en courant électrique. Indeed, Figure 3 shows a second possible embodiment of the thermosiphon according to the invention. The single current passage tube 10 of Figure 2 is replaced by a plurality of upright tubes 20, vertical and connected in parallel. These are each powered by electric current.

La simple réalisation d'un thermosiphon tel que décrit dans les derniers paragraphes précédents, ne permet pas une industrialisation rentable d'un tel matériel. En effet, lors des essais réalisés avec de l'acide nitrique comme liquide procédé et avec un matériau et un courant non spécialement adaptés au traitement de l'acide nitrique (acier inoxydable et courant continu, par exemple), des signes de corrosion ont été mis en évidence. Une campagne d'essais a donc été effectuée pour rechercher une solution technique acceptable en éliminant ou en diminuant significativement la corrosion. The mere realization of a thermosiphon as described in the last paragraphs above, does not allow a profitable industrialization of such equipment. In fact, during tests carried out with nitric acid as a process liquid and with a material and a stream not particularly adapted to the treatment of nitric acid (stainless steel and direct current, for example), signs of corrosion have been observed. highlighted. A test campaign was therefore carried out to find an acceptable technical solution by eliminating or significantly reducing corrosion.

A cet effet, un dispositif d'essai a été conçu et utilisé lors de différentes séries d'essais dans des conditions de fonctionnement différentes. En effet, plusieurs matériaux ont été testés, dont l'acier inoxydable, le zirconium et le titane. Les conditions électriques ont également été testées, notamment des courants alternatifs de différentes fréquences et continus. On signale, en effet, que le potentiel, entre le métal de l'équipement et le fluide procédé (potentiel responsable du phénomène de corrosion) diminue lorsque la fréquence du courant augmente. For this purpose, a test device has been designed and used in different series of tests under different operating conditions. Indeed, several materials have been tested, including stainless steel, zirconium and titanium. The electrical conditions were also tested, including alternating currents of different frequencies and continuous. It is pointed out, in fact, that the potential between the metal of the equipment and the process fluid (potential responsible for the corrosion phenomenon) decreases as the frequency of the current increases.

Aux termes des essais en courant continu, en milieu nitrique, avec de l'acier inoxydable 308 L, il a été constaté une forte oxydation. Under the DC tests in a nitric medium with 308 L stainless steel, strong oxidation was found.

Les essais sur le zirconium ont permis de mettre en évidence également une forte corrosion, toutefois, moins importante que pour l'acier inoxydable. The zirconium tests have also shown strong corrosion, however, less important than for stainless steel.

Des essais avec le titane, dans les mêmes conditions que celles précédemment énumérées, c'est-à-dire avec du courant continu, ont révélé une très faible corrosion. Tests with titanium, under the same conditions as those previously enumerated, that is to say with direct current, revealed a very weak corrosion.

Des essais en courant alternatif et en milieu nitrique ont également été effectués pour déterminer la fréquence minimale permettant d'obtenir une corrosion du même ordre que celle obtenue hors tension, mais aussi pour déterminer la fréquence minimale en fonction de l'acidité de la solution. Par exemple, dans le cas de l'acier inoxydable, en faisant varier les fréquences de 0 à 5 000 hertz, on constate que la vitesse de corrosion décroît fortement avec l'augmentation de la fréquence et qu'à partir de 500 hertz, la vitesse de corrosion est de l'ordre de la vitesse de corrosion hors tension. AC and nitric acid tests were also carried out to determine the minimum frequency to obtain a corrosion of the same order as that obtained off, but also to determine the minimum frequency as a function of the acidity of the solution. For example, in the case of stainless steel, by varying the frequencies from 0 to 5,000 hertz, it is found that the corrosion rate decreases sharply with the increase in the frequency and that from 500 hertz, the Corrosion rate is about the rate of corrosion off.

L'influence de l'acidité sur le potentiel métal-solution a été analysée. L'acide nitrique utilisé pour ces essais avait une concentration de 1,5 N à 12,7 N. Une corrosion maximale a été constatée dans la plage de 3,4 N à 5,3 N d'acidité. The influence of acidity on the metal-solution potential has been analyzed. The nitric acid used for these tests had a concentration of 1.5 N at 12.7 N. Maximum corrosion was found in the range of 3.4 N to 5.3 N of acidity.

Lors des essais à 50 hertz sur le zirconium, il a été constaté une corrosion environ cent fois plus faible qu'en courant continu. In tests at 50 hertz on zirconium, it was found a corrosion about a hundred times lower than in direct current.

Enfin, des essais en milieu carbonaté avec de l'acier inoxydable ont révélé une très faible corrosion et aucun dégagement gazeux en courant alternatif, de fréquence supérieure ou égale à 50 hertz, alors qu'une faible corrosion avec dégagement gazeux est observée en courant continu. Le milieu basique carbonaté utilisé était un mélange de Na2C03, NaHC03, NaN03, avec un pH de 9,68. L'alimentation électrique du tube à passage de courant 10 peut se faire en triphasé ou en monophasé. Finally, tests in carbonated medium with stainless steel revealed a very low corrosion and no gaseous release in alternating current, with a frequency greater than or equal to 50 hertz, whereas a low corrosion with gas evolution is observed in direct current. . The basic carbonate medium used was a mixture of Na 2 CO 3, NaHCO 3, NaNO 3, with a pH of 9.68. The power supply of the current-carrying tube 10 can be done in three-phase or single-phase.

Dans le cas d'une industrialisation du thermosiphon pour le traitement d'effluents contenant de l'acide nitrique, l'emploi de l'acier inoxydable impose une fréquence élevée, supérieure ou égale à 500 hertz. L'emploi de zirconium impose une fréquence supérieure ou égale à 100 hertz. L'emploi de titane autorise un fonctionnement en courant continu ou en courant alternatif de basse fréquence (50 hertz, par exemple). In the case of an industrialization of the thermosiphon for the treatment of effluents containing nitric acid, the use of stainless steel imposes a high frequency, greater than or equal to 500 hertz. The use of zirconium imposes a frequency greater than or equal to 100 hertz. The use of titanium allows operation of direct current or alternating current of low frequency (50 hertz, for example).

Le tube à passage de courant 10 est mis sous une tension électrique de l'ordre de 5 volts par mètre. Dans la réalisation décrite à la figure 2, on utilise un courant distribué entre trois phases avec un montage en couplage en triangle. Les deux extrémités 15 et 16 du tube à passage de courant 10 sont connectées à une même phase, les deux autres phases 17 et 18 sont connectées à d'autres endroits de la longueur du tube, par exemple respectivement aux premier et deuxième tiers de la longueur de ce tube à passage de courant <B>10.</B> La première phase connectée aux extrémités 15 et 16 peut être reliée à la terre. The current passage tube 10 is put under a voltage of the order of 5 volts per meter. In the embodiment described in FIG. 2, a current distributed between three phases is used with a connection in a delta connection. The two ends 15 and 16 of the flow-through tube 10 are connected to one and the same phase, the other two phases 17 and 18 are connected at other points along the length of the tube, for example respectively to the first and second thirds of the tube. length of this passage tube <B> 10. </ B> The first phase connected to the ends 15 and 16 can be connected to the ground.

Pour faciliter le démarrage de la circulation du fluide, il est possible de forcer cette dernière au moyen d'une pompe d'appoint. To facilitate the start of the circulation of the fluid, it is possible to force the latter by means of a booster pump.

Le dimensionnement d'un thermosiphon à industrialiser est effectué à l'aide d'un modèle développé spécifiquement et validé sur un prototype échelle 1. The sizing of a thermosiphon to be industrialized is carried out using a model developed specifically and validated on a scale 1 prototype.

Ce modèle permet de déterminer le ou les point (s) de fonctionnement avec les paramètres de fonctionnement choisis en fonction des conditions opératoires fixées par l'utilisateur, et d'étudier le comportement dynamique de l'équipement en terme de stabilité. This model makes it possible to determine the point (s) of operation with the operating parameters chosen according to the operating conditions fixed by the user, and to study the dynamic behavior of the equipment in terms of stability.

Les différents phénomènes majeurs modélisés sont les suivants. The different major phenomena modeled are as follows.

- Phénomènes thermiques : évaluation des transferts thermiques entre la paroi interne du(des) tube (s) à passage de courant et le fluide de procédé selon les caractéristiques de l'écoulement. Thermal phenomena: evaluation of heat transfers between the inner wall of the current-conducting tube (s) and the process fluid according to the characteristics of the flow.

- Phénomènes hydrodynamiques : calcul des pertes de pression dans le pied de colonne, dans les différents tubes chauffés ou non, et aux diverses singularités (les pertes de pression par accélération, par friction et par gravité sont prises en compte). - Hydrodynamic phenomena: calculation of the pressure losses in the column bottom, in the different tubes heated or not, and to the various singularities (the pressure losses by acceleration, by friction and by gravity are taken into account).

- Phénomènes thermodynamiques : calcul des équilibres liquide-vapeur en tout point de l'équipement, à l'aide d'un modèle thermodynamique correctement choisi en fonction du fluide procédé considéré. - Thermodynamic phenomena: calculation of the liquid-vapor equilibrium at any point of the equipment, using a thermodynamic model correctly chosen according to the process fluid considered.

L'écoulement diphasique est décrit pas un modèle à deux fluides (ou encore homogène avec glissement) représentant la différence de vitesse entre la vapeur et le liquide dans une section droite de tube. The two-phase flow is described as a two-fluid model (or homogeneous with slip) representing the velocity difference between the vapor and the liquid in a straight section of the tube.

Trois zones de fonctionnement sont définies dans l'équipement : liquide monophasique, fluide en ébullition sous-refroidie, et fluide saturé (ébullition nucléée). Three operating zones are defined in the equipment: single-phase liquid, sub-cooled boiling fluid, and saturated fluid (nucleate boiling).

On peut alors déterminer la géométrie optimale de l'équipement en fonction de conditions opératoires données. We can then determine the optimal geometry of the equipment according to given operating conditions.

Les points suivants sont en particulier vérifiés. In particular, the following points are checked.

- Stabilité hydrodynamique la réponse simulée à une perturbation sur une variable d'entrée permet d'évaluer la stabilité de l'équipement si la réponse présente des oscillations divergentes, le procédé est instable ; si la réponse présente des oscillations entretenues ou amorties, le procédé est stable mais très proche de la zone d'instabilité ; si la réponse ne présente aucune oscillation, le procédé est stable. - Hydrodynamic stability The simulated response to a disturbance on an input variable makes it possible to evaluate the stability of the equipment if the response presents diverging oscillations, the process is unstable; if the response has sustained or damped oscillations, the process is stable but very close to the instability zone; if the response shows no oscillation, the process is stable.

- Non-stratification : dans le cas de tubes à passage de courant hélicoïdaux, l'écoulement diphasique ne doit pas être stratifié (critère sur le nombre de Froude). - Non-stratification: In the case of helical flow tubes, the two-phase flow must not be stratified (criterion on the Froude number).

- Non-inversion de film (critère sur la vitesse de vapeur). - Non-inversion of film (criterion on the velocity of vapor).

- Non-ébullition en film (critère sur la température de paroi). - Non-assèchement (critère sur le flux de chaleur) . - Non-boiling film (criterion on the wall temperature). - Non-drying (criterion on heat flow).

Le modèle est appliqué au prototype suivant, avec une solution aqueuse d'acide nitrique à 5 moi/1. Ses principales caractéristiques géométriques sont les suivantes . The model is applied to the following prototype, with an aqueous solution of nitric acid 5 me / 1. Its main geometric characteristics are as follows.

- diamètre du tube à passage de courant 66,9/73 mm ; - longueur du tube à passage de courant déployé : 8 m, - diamètre d'enroulement de l'hélice : 1 m ; - hauteur entre le bas de la jambe de recirculation et la jambe de retour : 5,2 m. diameter of the current passage tube 66.9 / 73 mm; length of the expanded flow tube: 8 m; winding diameter of the impeller: 1 m; - height between the bottom of the recirculation leg and the return leg: 5.2 m.

Un tel prototype mono-tubulaire peut avoir une puissance de 100 kW. Such a mono-tubular prototype can have a power of 100 kW.

La technique du tube à passage de courant appliquée au tube 10 et sa forme hélicoïdale apportent les avantages suivants. The current flow tube technique applied to the tube 10 and its helical shape provide the following advantages.

- L'équipement est compact. - The equipment is compact.

- Les tensions de courant requises dans ce tube sont faibles. - The current voltages required in this tube are low.

- Compte tenu de la stabilité du courant électrique distribué, on obtient une stabilité de la densité de flux imposée à la paroi du tube. Given the stability of the distributed electric current, stability of the flux density imposed on the wall of the tube is obtained.

- Les problèmes de chaudronnerie et d'instrumentation sont réduits au minimum. - Boiler and instrumentation problems are minimized.

Le thermosiphon utilisant un tube à passage de courant présente les avantages suivants. The thermosyphon using a flow tube has the following advantages.

- L'amorçage du thermosiphon, lors du démarrage, est grandement facilité. - The boot of the thermosiphon, during startup, is greatly facilitated.

- La possibilité de travailler avec un échangeur mono-tubulaire fait disparaître les problèmes d'instabilité liés aux tubes en parallèle. - La régulation du chauffage est très simple, contrairement au cas du chauffage par vapeur qui nécessite des systèmes de contrôle très évolués. - The possibility of working with a mono-tubular heat exchanger eliminates the instability problems related to the tubes in parallel. - The regulation of heating is very simple, unlike the case of steam heating which requires very advanced control systems.

- L'inertie de l'ensemble est très faible et les temps de réponse sont réduits. - The inertia of the set is very weak and the response times are reduced.

- Les circuits de chauffage secondaire sont éliminés. - Secondary heating circuits are eliminated.

- La production d'eau surchauffée, ou de vapeur est désormais inutile pour l'application en question. - The production of superheated water, or steam is now useless for the application in question.

- I1 s'adapte à une très grande gamme de densités de flux thermique et de température. It adapts to a very wide range of thermal flow and temperature densities.

- On peut contrôler, de manière précise, les températures mises en jeu (ceci est avantageux dans le cas de produits thermosensibles). - It is possible to precisely control the temperatures involved (this is advantageous in the case of thermosensitive products).

- La résistance au transfert thermique est supprimée du côté du caloporteur (transfert dans la couche limite du caloporteur et encrassement de la tuyauterie) du fait du remplacement du fluide caloporteur par l'électricité. - The resistance to heat transfer is eliminated on the coolant side (transfer into the boundary layer of the coolant and fouling of the pipework) due to the replacement of the coolant with electricity.

Par ailleurs, les essais ont montré que la technologie de l'invention et un dimensionnement adapté permettent d'éviter les phénomènes d'instabilité.Moreover, the tests have shown that the technology of the invention and an adapted dimensioning make it possible to avoid the phenomena of instability.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1. Thermosiphon pour la circulation d'un fluide corrosif dans une installation, constitué d'au moins un tube à passage de courant (10, 20) dans lequel circule le fluide, les caractéristiques du courant électrique circulant dans les parois du tube à passage de courant (10, 20) étant définies en fonction de la nature du fluide et du matériau en contact avec le fluide, de sorte que ledit matériau ne se corrode pas.1. Thermosiphon for the circulation of a corrosive fluid in an installation, consisting of at least one flow-through tube (10, 20) in which the fluid circulates, the characteristics of the electric current flowing in the walls of the passage tube current (10, 20) being defined according to the nature of the fluid and the material in contact with the fluid, so that said material does not corrode. 2. Thermosiphon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant utilisé est alternatif et a une fréquence supérieure à un seuil, dépendant du matériau et du fluide procédé.2. Thermosyphon according to claim 1, characterized in that the current used is alternating and has a frequency greater than a threshold, depending on the material and the process fluid. 3. Thermosiphon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courant électrique alternatif est un courant triphasé distribué de manière à connecter chacune des deux extrémités du tube à passage de courant (10) à une première phase reliée à la terre, les deux autres phases étant distribuées à deux points différents de la longueur du tube de passage de courant (10).Thermosyphon according to claim 2, characterized in that the alternating electric current is a three-phase current distributed so as to connect each of the two ends of the current-carrying tube (10) to a first phase connected to the earth, the other two phases being distributed at two different points of the length of the current passage tube (10). 4. Thermosiphon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le courant électrique alternatif est un courant monophasé.4. Thermosyphon according to claim 2, characterized in that the alternating electric current is a single-phase current. 5. Thermosiphon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le au moins un tube à passage de courant (10) a une forme hélicoïdale, de manière à entourer un volume de rétention du fluide en forme de colonne (2), relié à au moins un tube à passage de courant (10), d'une part, au moyen d'une conduite de recirculation (14) dans sa partie inférieure et, d'autre part, au moyen d'une tuyauterie de retour (13) dans sa partie supérieure.Thermosyphon according to claim 1, characterized in that the at least one flow-through tube (10) has a helical shape, so as to surround a column-shaped fluid retention volume (2) connected to the least one current-carrying tube (10), on the one hand, by means of a recirculation line (14) in its lower part and, on the other hand, by means of a return line (13) in its upper part. 6. Thermosiphon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe d'appoint pour forcer la circulation du fluide.6. Thermosyphon according to claim 1, characterized in that it comprises a booster pump to force the circulation of the fluid. 7. Thermosiphon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs tubes à passage de courant (20) connectés hydrauliquement en parallèle.7. Thermosyphon according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of flow-through tubes (20) hydraulically connected in parallel. 8. Thermosiphon selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes à passage de courant (20) sont droits et verticaux.8. Thermosyphon according to claim 7, characterized in that the current passage tubes (20) are straight and vertical. 9. Thermosiphon selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube à passage de courant (10) à forme hélicoïdale est localisé autour de la partie inférieure du réservoir de rétention et autour de la conduite de recirculation (14).9. Thermosyphon according to claim 5, characterized in that the helically shaped passage tube (10) is located around the lower part of the holding tank and around the recirculation line (14). 10. Thermosiphon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le au moins un tube à passage de courant (10, 20) est en acier inoxydable et la fréquence du courant est supérieure ou égale à 500 hertz, le fluide étant un effluent contenant de l'acide nitrique.10. Thermosyphon according to claim 2, characterized in that the at least one current-carrying tube (10, 20) is made of stainless steel and the frequency of the current is greater than or equal to 500 hertz, the fluid being an effluent containing nitric acid. 11. Thermosiphon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le au moins un tube à passage de courant (10, 20) est en zirconium dans le cas où le thermosiphon est utilisé pour traiter un effluent contenant de l'acide nitrique et que la fréquence est supérieure ou égale à 100 hertz.11. Thermosyphon according to claim 2, characterized in that the at least one flow-through tube (10, 20) is zirconium in the case where the thermosiphon is used to treat an effluent containing nitric acid and that the frequency is greater than or equal to 100 hertz. 12. Thermosiphon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le au moins un tube à passage de courant (10, 20) est en titane, le courant électrique étant alternatif de basse fréquence ou continu, le fluide étant un effluent contenant de l'acide nitrique.12. Thermosyphon according to claim 1, characterized in that the at least one current-carrying tube (10, 20) is made of titanium, the electric current being alternating low-frequency or continuous, the fluid being an effluent containing water. nitric acid. 13. Thermosiphon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le au moins un tube à passage de courant (10, 20) est en acier inoxydable et que la fréquence du courant est supérieure ou égale à 50 hertz, le fluide étant un effluent carbonaté.13. Thermosyphon according to claim 2, characterized in that the at least one flow-through tube (10, 20) is made of stainless steel and the frequency of the current is greater than or equal to 50 hertz, the fluid being a carbonated effluent. .
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