Optimisation conjointe mélange de travail / cycle innovant de thermotransformateur à absorption démixtion – Optidemix

1-Contexte scientifique et objectifs du projet : La technologie des pompes à chaleur à absorption propose, à travers le cycle de thermotransformateur, une solution pertinente au problème de la revalorisation des effluents thermiques industriels. Malheureusement les performances moyennes (rendement de l'ordre de 40% = énergie valorisée à haute température/ énergie consommée à moyenne température) et les problèmes techniques (corrosion) n'ont pas permis le développement escompté de ce type de machines. L'utilisation de mélanges présentant une lacune de miscibilité à basse température a permis d'envisager le cycle novateur de thermo-transformateur à absorption-démixtion (TTAD)*. Rappelons que dans une pompe à chaleur classique, la séparation est réalisée dans une colonne à distiller qui est à l'origine de pertes exergétiques. Dans le nouveau cycle de TTAD proposé, la colonne est remplacée par un décanteur dans lequel la séparation se fait sans apport d'énergie (seule l'énergie potentielle gratuite intervient) ainsi le rendement énergétique est considérablement accru. De plus, le coût d'investissement est aussi réduit. La faisabilité de ce procédé a d'ores et déjà été démontrée expérimentalement** avec, le couple DiméthylFormamide (DMF) n-heptane. Mais le faible saut thermique obtenu, environ 8°C, limite l'intérêt industriel d'un tel cycle pour la revalorisation de chaleurs résiduaires. L'objectif de ce projet est donc de réaliser une optimisation conjointe de ce cycle innovant et du mélange de travail employé afin d'obtenir des performances élevées permettant son application industrielle. Il s'agit donc de développer une méthodologie et des outils de recherche systématique des couples produits-procédés optimaux. Deux outils de simulation seront développés : l'un pour prévoir les équilibres liquide-liquide et les liquide-vapeur de nombreux mélanges et l'autre pour calculer les performances thermiques de la machine en fonction des conditions opératoires et des propriétés des mélanges. Les mélanges de travail associés aux conditions de fonctionnement conduisant aux performances optimales seront testés expérimentalement. - - 2-Description du projet, méthodologie : La première étape du projet consiste à développer un outil de simulation du cycle innovant de thermo-tranformateur à absorption-démixtion (TTAD) permettant de prévoir les performances d'un tel cycle en fonction des conditions opératoires et d'un nombre réduit de paramètres physico-chimiques caractéristiques du mélange de travail. Une analyse de sensibilité permettra alors de cerner les propriétés dont l'influence sur les performances est la plus déterminante. Il sera alors possible de définir les propriétés souhaitées pour un mélange optimal pour un cycle donné. Le développement d'un outil de simulation thermodynamique des équilibres liquide-liquide et liquide-vapeur permettra d'explorer « numériquement » une large gamme de composés afin d'identifier le (ou les) mélanges ayant les propriétés souhaitées. Une mesure expérimentale des équilibres-liquide-liquide et liquide-vapeur permettront de valider les résultats de la simulation. Enfin, un prototype de PACAD sera conçu et installée au LSGC afin de valider expérimentalement le cycle proposé avec le(s) couples retenus et d'étudier expérimentalement l'influence des conditions opératoires. Il permettra de valider les résultats issus de la simulation. Ce prototype sera aussi utilisé comme outil de dissémination pour convaincre des partenaires industriels de développer commercialement cette technologie prometteuse. - - 3-Résultats attendus : * Mise au point d'un outil de simulation des d'optimisation du procédé de thermo-transformateur à absorption-démixtion (TTAD) * Développement d'un outil de simulation thermodynamique des équilibres liquide-liquide et liquide-vapeur nécessaires à la prévision des performances du TTAD * Mise au point d'un dispositif de mesure précis des équilibres liquide-liquide et liquide-vapeur * Concep