Comment obtenir un débit de vapeur précis

[Elayha]

Bonjour,
Je m'appelle Benjamin et suis distillateur d'huiles essentielles. J'ai auto constrution mon propre alambic et je suis face à un problème technique qui nuit à la qualité de mes distillations. Je remercie par avance ceux et celles qui voudront bien me lire et m'aider à résoudre mon problème.

Pour produire la vapeur nécessaire à la distillation de mes plantes aromatiques, je dois atteindre un débit de vapeur d'eau idéalement de 20kg/h.
À l'heure actuelle, jai construit un bouilleur en cuivre qui peut contenir environ 100L d'eau, d'une cinquantaine de centimètre de diamètre sur une soixantaine de haut, de forme circulaire. Je chauffe ce bouilleur avec un réchaud alimenté au propane de 25kw. La vapeur produite semble être environ de 5 à 7 kg/h à l'heure actuelle par température ambiante clémente.

Les questions intermédiaires que je me pose face à ce constat sont multiples :
- l'augmentation de la surface d'ébullition à puissance de chauffe égale augmente t'elle le volume de vapeur produit ?
- inversement, l'augmentation de la puissance de chauffe à surface d'ébullition égale augmente t'elle le volume de vapeur produite ?
- Les diamètres de tuyau de sorti du bouilleur conditionnent il Le débit ?

- si Le bouilleur est réalisé en inox, Le temps de chauffage sera t'il beaucoup plus long qu'avec un bouilleur en cuivre ?

Ma question de fond est donc assez simple. Quel est le meilleur moyen, en conservant le principe d'une marmitte étanche chauffée à l'aide d'un brûleur, de produire 15 à 20 kg/h de vapeur d'eau.

Merci
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[phys4]

Bonjour,
Votre puissance de chauffe vous permettrait un débit de 39kg de vapeur à l'heure si le rendement était parfait.
Vous avez donc de fortes déperditions de chaleur.
Un bouilleur inox ne serait pas favorable car il conduit moins bien la chaleur.
Il faudrait voir au niveau de la surface d'échange du foyer avec le bouilleur, donc augmenter la surface d'ébullition

Pouvez vous changer votre bouilleur pour un autre plus plat, plus grande surface horizontale ?
ou mettre un écran autour du bouilleur qui oblige les gaz chauds à longer le bord du bouilleur ?

[Elayha]

Bonjour phys4,
Je vous remercie pour cette reponse si rapide.
Je suis surpris d'apprendre que la puissance de mon brûleur ( de type réchaud pour poêle de paella) est sensé produire 2 fois plus de vapeur que nécessaire avec un rendement de 100%.
Les pertes sont donc effectivement ahurissantes.
Je vous invite à aller voir sur le site www.vanadal.com, dans l'onglet "distillerie" une photo de mon installation et vous y reconnaîtrez le bouilleur sur la droite.

Il est composé de deux chaudrons en cuivre soudé l'un sur l'autre, le haut qui sert de couvercle est jointé avec un joint plat en caoutchouc.
Le fond de la cuve est légèrement arrondi.
Pour éviter que la cuve (fine) ne se perce une deuxième fois sous le poids de l'eau et l'action de ramollissement du cuivre pendant la chauffe, j'ai inséré une plaque en fonte percé entre le bouilleur et le brûleur pour renforcer le fond. Je sais pertinemment que cela nuit à la surface d'échange de la chaleur.

Je n'ai actuellement pas de bonnes idées faciles à mettre en œuvre pour optimiser au mieux mon installation.

Merci encore pour votre aide

[LPFR]

Bonjour.
Il faut augmenter la surface d’échange entre l’air chaud de la flamme et l’eau.
Les chaudières des machines à vapeur, étaient traversées de tubes, eux mêmes traversés par l’air chaud de la flamme.
L’idéal est que la fumée de la chaudière sorte à même température que la vapeur, ou même plus froide. Ceci nécessite une circulation inversée des fumées.

Dans les chaudières de chauffage actuel on utilise des radiateurs. Mais s’il y a génération de vapeur, il y a déposition de tartre, qu’il faut enlever périodiquement.
Au revoir.

Nota: je ne vois pas en quoi un brûleur à gaz propane limite les émissions de CO2.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Re.
Je ne vois pas non plus l’intérêt d’avoir un gros bouilleur. On peut avoir un plus petit qui chauffera plus vite et qui sera alimenté en eau pendant la distillation. On peut même l’alimenter avec l’eau chaude sortie du condensateur.
A+

[Elayha]

Bonjour LPFR,
merci egalement pour votre reponse.
Je prends note de l'augmentation de surface de contact afin d'augmenter le rendement de débit vapeur.
La difficulté dans mon cas réside dans le fait de limiter les coups de production et de modification du matériel pour me permettre de travailler sans gros investissements de depart. C'est pour cela que je chercher les solutions les plus intéressantes dans le soucis du rapport rendement/coûts de depart.
La construction d'un nouveau bouilleur se ferait en inox pour des raisons pratiques car la soudure du cuivre a été trop complexe et coûteuse.

L'alimentation du bouilleur pendant la distillation nécessite une arrivée d'eau propre, ce qui n'est pas le cas de l'eau qui sort de mon condenseur, condenseur que j'ai construit suffisamment grand pour ne pas avoir de circulation d'eau durant la distillation, le volume de depart étant surdimensionné.

Concernant les émissions de co2, je suis parti du principe qu'à émission de co2 égale entre la combustion du propane et celle du bois pendant la distillation, la différence se faisait pendant la phase de préchauffage qui est 2 à 3 fois plus longue avec un foyer au bois, mais je peux me tromper.

[LPFR]

Re.
Le propane est certainement plus propre que le bois. Et pas seulement en CO2 ; mais surtout en cochonneries : suie, particules, etc.
L’inox est cher et n’est pas facile à souder. Il faut un poste de soudure à l’argon. De plus, souder de la tôle à l’arc nécessite un savoir faire pour ne pas faire des trous.
En fait, ce qui est le plus facile à souder c’est la ferraille : un poste de soudure à l’arc ne coûte pas cher. Mais il faut toujours savoir souder de la tôle.

J’utiliserais un petit bouilleur alimenté en eau à mesure que celle-ci s’évapore.
A+

[phys4]

Pour éviter que la cuve (fine) ne se perce une deuxième fois sous le poids de l'eau et l'action de ramollissement du cuivre pendant la chauffe, j'ai inséré une plaque en fonte percé entre le bouilleur et le brûleur pour renforcer le fond. Je sais pertinemment que cela nuit à la surface d'échange de la chaleur.

Je comprends mieux les pertes avec l'idée de la plaque en fonte, c'est très défavorable.

Il aurait fallu éviter que les flammes touchent directement le chaudron, donc éloigner le bruleur tout en obligeant les gaz chauds à tourner autour du chaudron.
Le cuivre est trop bon conducteur de la chaleur pour qu'il puisse être percé quand un coté est en contact avec l'eau.
Le perçage du chaudron doit être du à des dépôts de tartre, donc à éviter absolument, il faut combattre ces dépôts chaque fois que c'est possible.

Je tenais aussi à vérifier la puissance du bruleur : pour la puissance indiquée vous devriez consommer environ 2kg de propane à l'heure ?

[Elayha]

Je note ces nouveaux éléments a savoir l’éloignement du fond de la cuve avec les flammes et l'attention particulière a porter aux dépôts de calcaires.
De mémoire, la fiche technique du bruleur indiquait une consommation d'environ 1.2 kg de propane détendu a 30/31 mb a l'heure.
Pensez vous que vous pourriez me faire un petit croquis rapide de l'installation idéale ? (distance cuve/flamme, isolation, répartition du feu sous la cuve ... etc ?). J’espère ne pas abuser de votre temps.
Merci encore

[phys4]

De mémoire, la fiche technique du bruleur indiquait une consommation d'environ 1.2 kg de propane détendu a 30/31 mb a l'heure.

Ceci est une donnée importante, donc cela valait la peine de vérifier, les constructeurs sont peu scrupuleux pour leurs caractéristiques : 1,2 kg de propane à l'heure ne peuvent donner plus de 15 KW
Ce qui change beaucoup le calcul de rendement, avec 100% de rendement vous ne pourriez obtenir que 24 kg de vapeur à l'heure, donc votre installation n'est pas si mauvaise que cela.

[Elayha]

BOn a savoir pour les données techniques.
Je vais essayer d'optimiser l'isolation voire la circulation de l'air chaud autour du bouilleur.
Mon beau frère m'a suggérer de souder a l'intérieur de la cuve des tubes pour augmenter la surface de contact avec le métal comme dans les chaudières des centrales de nucléaires ( il est ingénieur en radio protection).
Ca fait pas mal de pistes à explorer.

S'il y a d'autres idées, suggestions, conseils, plans ... je suis preneur bien entendu.
Merci

[chatelot16]

tu est en train de réinventer la chaudiere a vapeur : les premiere chaudiere etait des simple marmite avec du feu dessous : le rendement est mauvais parce que la surface trop faible : la chaleur sort par la cheminé

solution : chaudiere tubulaire : la chaleur passe par une multitude de tube avec l'eau autour : si les tubes sont assez long , la fumé sort a une temperature proche de la temperature de vaporisation et le rendement est maximum

a ne pas oublier : la flamme doit avoir assez de place pour bruler avant d'entrer dans le tube : il faut donc une chambre de combustion assez grande , et la aussi il faut eviter les perte avec une double paroi d'eau qui fera aussi de la vapeur

dans une locomotive a vapeur , la moitié de la vapeur est produite par les paroi d'eau autour du foyer , l'autre moitié est produite dans les tube même si la surface des tube est infiniment superieur a la surface du foyer

quand il y a une surface suffisante la conductivité du cuivre est completement inutile : de l'acier est suffisant

il y a un type de chaudiere bien adapté a la distilation : chaudiere verticale a tube field

[Elayha]

Bonjour chatelot16,
Merci pour ces nformations.
Je m'oriente très clairement vers la construction d'une marmitte améliorée en inox ou en acier selon le budget (mais je ne veux pas que l'intérieur rouille donc l'inox me paraît indispensable) traversée par un certains nombres de tubes qui récupéreraient la chaleur du brûleur. Je reflechis actuellement à un plan qui soit réalisable par un collègue chaudronnier et pas trop coûteux ...

Toutes les suggestions liées à ce projet sont les bienvenues.
Merci pour ton aide