Thermorégulateur à eau

d'eau glycoléeà vapeur

La température est le paramètre clé dans des opérations telles que la synthèse chimique, l'extraction de molécules naturelles, la fermentation et même les procédés biochimiques. Ces étapes de procédé se déroulent dans une grande variété d’équipements — notamment des réacteurs, des rebouilleurs, des cristalliseurs, des filtres-sécheurs, des séchoirs, des fermenteurs et des bioréacteurs — qui partagent tous une caractéristique commune : une chemise dans laquelle circule un fluide thermique afin de contrôler la température du procédé. Les étapes successives d’un procédé discontinu sont réalisées au sein d’une même unité à des températures variables, allant généralement de -20 °C à 150 °C , bien que cela puisse s’étendre jusqu’à +200 °C voire -100 °C pour les procédés exigeants. L’appareil présenté ici est une unité de régulation de température utilisée lorsque la température du procédé est négative ou positive, de -20 °C à 150 °C. Les fluides nécessaires sont la vapeur pour le chauffage, l’eau pour le premier refroidissement et l’eau glycolée pour le refroidissement final. Les opérateurs ont des exigences spécifiques concernant : • La productivité : aucun temps ne doit être perdu lors des transitions de température. • Qualité de la production : la température doit être précise et uniforme ; le produit ne doit pas surchauffer au contact de la paroi de la cuve. La température de processus cible doit être atteinte directement, sans « dépassement ». • Sécurité : la chaleur générée par les réactions exothermiques doit être efficacement évacuée. • Maintenance des équipements : l’injection répétée de vapeur, d’eau ou de saumure provoque une corrosion très dommageable. Ces méthodes sont avantageusement remplacées par une boucle secondaire de fluide thermique, appelée système « monofluide », dans laquelle le même fluide exempt d’oxygène circule à travers l’enveloppe du réacteur sur toute la plage de température. Depuis de nombreuses années, CELSIUS s’est spécialisée dans la conception et la fabrication d’une unité dédiée appelée « skid thermique », « skid monofluide » ou « unité de contrôle de température ». Le « fluide unique » est choisi en fonction de la plage de température — eau, mélange eau-glycol ou huile thermique — et est chauffé ou refroidi selon les exigences du procédé à l’aide d’une source d’énergie disponible sur site, telle que la vapeur, l’électricité, l’eau, le mélange eau-glycol, la saumure, l’huile thermique ou même l’azote liquide pour les températures cryogéniques. Afin d’éviter les contraintes causées par les différences et les fluctuations de température, les échangeurs de chaleur utilisés sont du type à tubes enroulés en spirale. Tous les composants nécessaires au contrôle de la température — pompe de circulation, échangeurs de chaleur, vannes de régulation, vannes d’arrêt, instrumentation, systèmes d’automatisation, etc. — sont assemblés en une seule unité montée sur skid. L’unité est livrée sur site entièrement assemblée, raccordée, isolée et câblée, ce qui réduit au minimum le temps d’installation, de raccordement et de mise en service sur le site (souvent classé Seveso). Le module énergétique est fourni avec une plaque signalétique CE et un certificat de conformité CE conformément à la directive européenne relative aux équipements sous pression PED 2014/68/UE et, le cas échéant, à la directive ATEX 2014/34/UE pour les équipements utilisés en atmosphères explosives ; il comprend également un protocole de qualification d’installation (IQ) afin de faciliter la validation de l’équipement par la FDA. S'appuyant sur une vaste expérience, CELSIUS dispose de l’ensemble des compétences requises pour concevoir et fabriquer cet équipement de procédé, qui gère la température de la masse réactionnelle à l’intérieur de la cuve de production. En fonction de la température cible de la masse et des mesures fournies par les sondes de température situées à la fois dans le réacteur et dans la boucle monofluide, le système d’automatisation sélectionne l’échangeur de chaleur approprié et commande les vannes d’arrêt et de régulation. De plus, le système d’automatisation CELSIUS intègre un jumeau numérique du réacteur et du module énergétique. Le réacteur est modélisé en fonction de ses caractéristiques de fonctionnement, telles que la chemise, le système d’agitation et la teneur en solvant. Lors d’une simulation opérationnelle, les valeurs de température commandent les vannes de régulation. À leur tour, les positions des vannes permettent de calculer les vitesses des fluides, les caractéristiques d’écoulement et les coefficients de transfert thermique au sein de l’enveloppe et de l’échangeur de chaleur ; cela permet de déterminer les températures à l’intérieur du réacteur et de la boucle monofluide pour l’étape temporelle suivante. En utilisant les paramètres de l’installation fournis par l’exploitant, cette simulation permet au jumeau numérique du système — comprenant le réacteur et le module énergétique — de fonctionner pendant plusieurs semaines avant la livraison. Cela facilite l’optimisation des paramètres de régulation, limitant ainsi la phase de mise en service à une seule journée grâce à des réglages pré-étalonnés en fonction des conditions réelles d’exploitation.