Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquille se composent principalement d’un faisceau de plaques et d’une enveloppe. Les plaques, obtenues par emboutissage à froid, sont assemblées par soudage au laser ou au plasma afin de former un faisceau de plaques qui comporte deux circuits de circulation de fluide distincts : le fluide A circule dans les canaux côté plaques, tandis que le fluide B circule dans les canaux côté enveloppe.

Cet équipement combine les avantages des échangeurs de chaleur à plaques et des échangeurs de chaleur à tubes et à enveloppe, et est largement utilisé dans des secteurs tels que la réfrigération, la chimie, l’industrie pétrolière, la santé, l’agroalimentaire, la construction navale, la production d’énergie, la papeterie et le raffinage du pétrole. L’échangeur de chaleur plaque‑enveloppe repose sur un principe de fonctionnement novateur : un ensemble de plaques ondulées, soudées par laser ou par soudage plasma automatisé, est installé à l’intérieur de l’enveloppe, remplaçant les tubes d’échange conventionnels en tant qu’éléments de transfert de chaleur.

Principe d’application

Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquille constituent le type d’échangeur de chaleur le plus adapté aux conditions d’écoulement des fluides de type émulsion. En effet, ils conjuguent les avantages des échangeurs à coquille et tubes — tels que le fonctionnement à haute température et sous haute pression sans joints d’étanchéité et une faible perte de charge — avec ceux des échangeurs à plaques, notamment une efficacité élevée du transfert thermique, un encombrement compact, une tendance réduite à l’encrassement et de faibles différences de température aux extrémités.

Processus

Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquille utilisent des plaques‑tubes comme éléments d’échange thermique et se composent principalement d’un faisceau tubulaire et d’une enveloppe. Les bords de contact de paires de plaques obturées par pressage sont solidement soudés entre eux afin de former un assemblage plaques‑tubes comportant de multiples canaux d’écoulement plans. Un grand nombre de plaques‑tubes, de largeurs variables, sont disposés selon un ordre précis. Afin de maintenir l’espacement entre les plaques‑tubes, des bandes métalliques sont insérées aux extrémités de tubes adjacents et soudées à ceux-ci. Ces sections d’extrémité servent de plaque‑d’extrémité, assurant la liaison rigide des plaques‑tubes en un faisceau tubulaire monolithique. La face d’extrémité du faisceau tubulaire présente plusieurs canaux d’écoulement plans. Le faisceau tubulaire est installé à l’intérieur de l’enveloppe, avec un joint coulissant entre le faisceau et l’enveloppe pour compenser les différences de dilatation thermique longitudinales. Dans un échangeur de chaleur à plaques et à coquille, le faisceau tubulaire est assemblé de manière étanche à l’intérieur de l’enveloppe, et les plaques‑tubes du faisceau définissent des canaux d’écoulement plans.

Le fluide chaud pénètre dans l’échangeur à plaques et faisceau tubulaire et s’écoule à l’intérieur de celui-ci. De l’eau de refroidissement ou un autre fluide réfrigérant circule entre les tubes, du côté de la coquille, assurant le rôle de fluide froid et absorbant la chaleur du fluide chaud. L’échange thermique entre les deux fluides s’opère au sein du faisceau tubulaire. À l’issue de l’échange, le liquide refroidi sort de l’échangeur à plaques et à coquille, achevant ainsi l’ensemble du processus.

Effet

Échangeurs de chaleur à plaques et à coquilles en conditions d’opération sous émulsion :

1. Haute efficacité de transfert de chaleur : Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquille permettent un transfert de chaleur efficace du fluide chaud vers le fluide froid, améliorant ainsi considérablement l’efficacité du transfert thermique.

2. Grande adaptabilité : Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquilles sont particulièrement bien adaptés aux conditions de fonctionnement rencontrées, notamment dans le cas de l’acide lactique.

3. Facilité d’entretien : Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquille peuvent voir leur durée de vie prolongée grâce à des réparations simples et au remplacement de pièces détachées.

Conclusion

Les échangeurs de chaleur à plaques et à coquilles offrent des performances de transfert thermique exceptionnelles et une grande adaptabilité dans les conditions d’exploitation des émulsions, répondant ainsi aux exigences des procédés de production d’émulsions. En outre, leurs canaux d’écoulement larges assurent une circulation fluide de l’émulsion et réduisent au minimum le risque d’encrassement.