Thermorégulateur numérique

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Lors des opérations de synthèse chimique, d’extraction de molécules naturelles, de fermentation voire de procédés biochimiques, la température est le paramètre principal.
Ces phases de procédés sont conduites dans des réacteurs, bouilleurs, cristalliseurs, filtres sécheurs, séchoirs, fermenteurs, bioréacteurs… de technologies diverses qui ont tous la particularité d’être équipés d’une double enveloppe parcourue par un fluide thermique pour maîtriser la température du procédé.
Dans le même appareil sont conduites les phases successives du procédé batch à diverses températures dans une plage de -20°C à 150°C en général, mais qui peut atteindre +200°C, voire -100°C pour certains procédés exigeants.

Les attentes de l’exploitant sont d’ordre :
• De la productivité : il ne faut pas perdre de temps dans les changements de température de travail
• De la qualité de production : la température doit être précise et homogène, le produit ne doit pas être surchauffé au contact de la paroi. La température de procédé soit être atteinte directement sans « overshooting ».
• De la sécurité : l’énergie développée par les réactions exothermiques est à évacuer
• Du maintien de l’outil industriel : les injections successives de vapeur, d’eau, voire de saumure causent une corrosion très dommageable de l’équipement et sont avantageusement remplacées par une boucle secondaire de fluide thermique appelé monofluide, C’est toujours le même « monofluide », sans oxygène, qui parcourt la double enveloppe du réacteur à toutes températures.

La société CELSIUS maîtrise depuis de nombreuses années la conception et la fabrication d’une machine spéciale appelée skid thermique, skid monofluide ou module d’énergies. Le fluide thermique « monofluide » est sélectionné selon la plage de température : eau, eau glycolée ou huile thermique, et ce monofluide est chauffé ou refroidi selon les besoins du procédé par une utilité présente sur site : vapeur, électricité, eau, eau glycolée, saumure, huile thermique, voire azote liquide pour atteindre les températures les plus froides. Pour éviter toute contrainte liée aux écarts et changements de température, les échangeurs sont des échangeurs tubulaires dont les tubes sont enroulés en spirale

Dans un même appareil monté sur un skid sont assemblés tous les composants nécessaires à la fonction de maitrise de la température : pompe de circulation, échangeurs, vannes de régulation, robinets, instruments, automatisme… L’appareil est livré sur site entièrement assemblé, tuyauté, calorifugé et câblé, ce qui limite au minimum le temps d’installation, de raccordement et de mise en service sur le site généralement classé Seveso.
Le module d’énergies est un ensemble livré avec une plaque de firme CE et un certificat de conformité CE selon la Directive Européenne sur les Equipements sous Pression DESP 2014/68/UE et, si nécessaire, selon la Directive Européenne sur les ensembles installés en atmosphère explosive ATEX 2014/34/UE, ainsi qu’un protocole de Qualification d’Installation (IQ) en vue de la validation de l’équipement par la FDA.

Fort de ses nombreuses références, CELSIUS maîtrise l’ensemble des savoir-faire indispensables à la conception et la construction de ces équipements de procédé gérant la température de la masse réactionnelle dans l’équipement de production.

Avec une consigne de température de masse, une sonde de température dans le réacteur et une sonde de température dans la boucle monofluide, l’automate sélectionne l’échangeur et pilote les robinets et vannes de régulation.
Au cœur de l’automate de CELSIUS réside en outre un jumeau numérique du réacteur et du module d’énergies. Le réacteur est modélisé selon ses caractéristiques d’exploitation, double enveloppe, agitation, solvant contenu… Lors d’une simulation de fonctionnement, les valeurs de température pilotent les robinets et vannes de régulation. Et en retour, les positions de vannes permettent de calculer les vitesses des fluides, les caractéristiques des écoulements, les coefficients d’échange dans la double enveloppe et dans l’échangeur, et ainsi les températures dans le réacteur et dans la boucle monofluide à l’instant d’après.
Cette simulation à partir des paramètres de l’installation de l’exploitant permet de faire fonctionner le jumeau numérique du système comprenant réacteur et module d’énergies pendant des semaines avant la livraison et ainsi d’optimiser les paramètres de régulation pour limiter à une journée le temps de mise en service avec des paramètres pré-calibrés selon les conditions réelles de fonctionnement.