Différentes configurations des effets

Une unité de distillation à multiples effets est composée de plusieurs cellules, effets ou étages. Le principe de fonctionnement se résume à une évaporation suivie d’une condensation du produit évaporé. L’ensemble des condensats obtenus au niveau de chaque effet constitue la production totale d’eau potable du MEE.

Dans la littérature, on note généralement quatre configurations de distillation à multiples effets avec des objectifs spécifiques pour chaque type. Les différences entre les configurations résident particulièrement dans le mode d’alimentation du système en eau de mer. La fourniture de l’énergie constitue également un aspect de différenciation. À celle-là s’ajoutent des différences qualifiables plutôt optionnelles, telles que l’existence d’un système de

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préchauffage entre les effets et aussi la présence d’une boite de flash à la sortie du condensat au niveau de chaque effet comme dans les travaux de (Shakouri et al. 2010; Mistry et al. 2013; Shakib et al. 2012). Ces différentes dispositions influent surtout sur les critères de performance (production spécifique, surface d’échange spécifique) pouvant être retenus lors d’une analyse du système global. Parmi les configurations possibles, on a :

 Une alimentation de type suiveur ou (forward feed)  Une alimentation en arrière ou (backward feed)  Une alimentation parallèle simple

 Une alimentation parallèle croisée

5.2.1 L’alimentation type suiveur (forward feed) (Figure 5.1)

La numérotation des effets d’un MEE est basée sur la pression, le premier effet est celui avec la plus haute pression et le dernier celui avec la plus faible pression. Dans un tel système, le premier effet reçoit l’eau de mer et l’énergie externe (mélange à la sortie de l’éjecteur dans le cas de la présente thèse) pour permettre ainsi l’évaporation. La saumure et la vapeur obtenues aux sorties de cet effet alimentent en eau et en énergie l’effet qui suit. Cette procédure se poursuit tout au long des différents effets qui composent le système de dessalement. Il n’existe qu’une seule entrée pour l’eau de mer à savoir celle au premier effet. La vapeur et l’eau salée circulent dans le même sens durant le processus de dessalement et le distillat est recueilli au niveau de chaque effet.

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5.2.2 L’alimentation en arrière (backward feed) (Figure 5.2)

Cette configuration est caractérisée par l’alimentation du dernier effet en eau de mer alors que, l’énergie (la vapeur) est fournie au premier effet. Le principe de fonctionnement est le même que dans le suiveur. Par contre l’eau de mer circule du dernier effet vers le premier alors que la vapeur circule en sens inverse (du premier effet vers le dernier).

Figure 5.2 : Configuration type alimentation en arrière

5.2.3 L’alimentation parallèle (Figure 5.3)

Les effets sont alimentés simultanément en eau de mer alors que l’énergie est fournie au premier effet. La vapeur à la sortie de celui-ci sert de source d’énergie à l’effet suivant. Le procédé se répète tout au long des effets du système entier. Dans cette configuration, le distillat et la saumure sont récupérés à la sortie de chaque effet. Les entrées de l’eau de mer sont égales aux nombres d’effets qui constituent le système.

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Figure 5.3 : Configuration type alimentation en parallèle

5.2.4 L’alimentation parallèle croisée (Figure 5.4)

Elle présente un principe de fonctionnement similaire que le système à alimentation parallèle simple. La différence réside dans le devenir de la saumure à la sortie de chaque effet. Dans cette configuration, au lieu de récupérer la saumure à la sortie comme illustrée à la (Figure 5.3), elle est plutôt utilisée par l’effet suivant. Hormis le premier effet, chaque effet possède deux entrées d’eau salée : l’alimentation principale et la saumure de l’effet qui précède.

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5.2.5 Choix de modèles d’alimentation

Il faut noter que chaque configuration possède des avantages et des inconvénients. Ces derniers se basent généralement sur un certain nombre de critères de performance, qui visent une production spécifique élevée et une surface d’échange spécifique faible.

(Darwish & Abdulrahim 2008) ont réalisé une analyse comparative des quatre configurations basée sur les critères ci-dessus. Les principaux résultats de ses travaux montrent que l’augmentation du nombre d’effets entraine une production spécifique plus importante pour chaque configuration. En outre, la production spécifique du type alimentation par arrière est la plus élevée. Elle présente également la plus faible surface d’échange spécifique. Bien que cette configuration soit intéressante selon ces critères, elle présente par contre un inconvénient qui limite son utilisation sur le plan pratique. Spécifiquement, le type alimentation par arrière nécessite une consommation d’énergie supplémentaire. Car il faut ajouter des pompes entre les effets afin de permettre la circulation de l’eau de mer vers des pressions de plus en plus élevées. De plus sa modélisation est généralement d’ordre académique afin de se familiariser avec les unités de dessalement.

(Hisham T El-Dessouky et al. 2000) ont effectué une analyse similaire dans laquelle les types parallèles simple et croisé sont comparés. De ce fait, ils ont développé pour chaque configuration un modèle mathématique. Les résultats de leurs travaux démontrent que le parallèle croisé est plus performant que le type parallèle simple. Cependant les deux configurations présentent les mêmes avantages à haute température du fait de la réduction considérable de la surface d’échange. Dans la même étude, ils comparent également les performances du type suiveur à ceux du parallèle simple et croisé. Dans cet objectif, les données de comparaison du type suiveur ont été extraites des travaux de (El-Dessouky et al. 1998). Cette comparaison leur a permis d’affirmer que la configuration type suiveur est le plus performant des systèmes de dessalement par distillation. Cela s’explique par une réduction de la surface d’échange et de la consommation d’énergie spécifique.

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Compte tenu de ces résultats et remarques présentés ci-haut, la présente étude se limite à deux configurations que sont :

 l’alimentation type suiveur

 l’alimentation type parallèle croisé

5.3 Modélisation

5.3.1 Différents modèles d’effet

Selon (Mistry et al. 2013) l’analyse des phénomènes physiques qui se produisent dans les systèmes de dessalement par distillation est en grande partie basée sur quatre modèles. Parmi ces modèles on trouve celui de (Spiegler & El-Sayed 2001), de (Darwish et al. 2006), le modèle de base de (El-Dessouky & Ettouney 2002) et enfin le modèle amélioré de (El- Dessouky et al. 1998). Il faut également souligner que les modèles de (El-Dessouky & Ettouney 2002), (El-Dessouky et al. 1998) et de (Darwish et al. 2006) considèrent l’eau de mer comme étant mélange idéal de chlorure de sodium d’eau. Par contre, dans les travaux de (Spiegler & El-Sayed 2001) l’eau de mer est une solution aqueuse de chlorure de sodium. On peut y ajouter un cinquième modèle décrit au chapitre trois qui se base sur des relations du logiciel EES (Engineering Equation Solver) pour calculer les propriétés thermodynamiques de la vapeur d’eau et de l’eau de mer.

(Spiegler & El-Sayed 2001), ont appliqué leur modèle à un multiple effet de type suiveur. Ce modèle intègre des échangeurs de préchauffage et des boites de flash entre les effets. Dans leurs travaux, ils ont également supposé que la chaleur latente et le point d’ébullition (BPE) sont constants et identiques dans tous les effets. De plus, l’eau de mer d’alimentation est assimilée à une solution idéale et également tous les fluides sont censés avoir la même capacité calorifique.

(Darwish et al. 2006) ont développé un modèle mathématique de type suiveur. Ils ont considéré qu’une même quantité de vapeur est produite dans chaque effet. Le modèle s’appuie également sur un écart de température identique entre les effets. Malgré une différence de température entre les effets, ils supposent que la chaleur latente est la même dans tous les