NH3 et H2O

[mumu74]

Bonjour,
je ne suis spécialiste en chimie, mais frigoriste de formation je sais que l’ammoniac se dissous très bien dans l'eau.
Sur certaines installations, nous avons pour habitude de raccorder les rejets des soupapes de sécurités dans une cuve d'eau pour neutraliser l'NH3. Jusque là ça va.
Maintenant j'ai un autre problème, sur une installation notre client souhaite isoler (par des vannes motorisées) un échangeur eau/NH3 (en liquide-vapeur) coté eau en cas de fuite.
Pour moi il y a un risque fort de surpression,
je sais que la réaction lors du mélange est exothermique, je sais aussi que la solubilité varie en fonction de la température (diminue) mais augmente avec la pression, comme on se trouve (après fermeture des vannes) dans un volume fermé, pour moi le mélange va monter en température et en pression, pour se stabiliser lorsque l'eau ne pourra plus absorber le NH3. je vais donc me retrouver avec un mélange NH3+H2O + NH3 en liquide-vapeur. Je sais aussi que le NH3 va se mettre à "pression" de la température qui va résulter de cette réaction.
Pour moi dans ces conditions c'est réaliser une petite bombe sans organes de sécurités (soupapes...)
Est ce que quelqu'un sait comment calculer le point d'équilibre? ou simplement me dire si je fait fausse route
données:
température de l'eau 8°C, 2 bars , volume isolé : 70 litres.
NH3: évaporateur contenance 30 kg (installation frigo à l'arrêt)
par avance merci
-----

[Sephiroth300]

Bonsoir,

Faisons un calcul grossier, la solubilité massique du gaz ammoniac dans l'eau est d'environ 47% à 0°C et de 31% à 20°C. Tu as une eau à 8°C, disons que c'est situé environ au milieu, et que la solubilité est quasi linéaire ave cla température, tu obtiens une solubilité massique d'environ 40%. Tu disposes d'un échangeur de 70 litres d'eau, soit 70 kg, qui vont pouvoir dissoudre environ 40% son poids en ammoniac, soit 28 kg d'ammoniac gaz.

Pour ce qui est de l'exothermicité de la dissolution, la dissolution de l'ammoniac dans l'eau est en effet exothermique, mais nettement moins que celle de HCl, NaOH ou KOH par exemple. Tu peux faire quelques tests au laboratoire sur petites quantités si tu veux quantifier la montée en température.

Attention également à la solution d'ammoniaque concentré que tu obtiens, tout n'y résiste pas

[mumu74]

merci pour cette reponse,j'ai lu que pour 1 kg dissous l energie degagée est de 2000kj ce qui n est pas negligeable surtout que mon volume d eau est un volume fermé...

[Sephiroth300]

Qu'appelles-tu "échangeur" NH3-eau? C'est bien ici que la dissolution aura lieu, si cet échangeur est réfrigéré, il ne peut y avoir aucun souci. De plus, par le phénomène que tu décris (la solubilité évolue inversement à la température) empêchera probablement la réaction de réellement s'emballer, car le maximum de solubilité sera rapidement atteint...

[A voir en vidéo sur Futura]

[frigopathe]

salut,

je suis fabrice, frigoriste également chez clauger, spécialisé en froid industriel ( le spécialiste c'est clauger....)
Juste qques petites questions :

- Qui donne l'ordre de fermeture au vannes motorisées?? Est ce un capteur de PH relayé??
- Qu'elle est l'utilisation de ta boucle d'eau ??
- Es tu en circuit ouvert ou fermé??
- Ton instal NH3 est t'elle noyée??

Si tu utilises un PHmétre pour repérer une eventuelle fuite dans ton évaporateur, il serait donc opportun de connaitre, grace à ton volume d'eau, le DELTA PH en fonction de la quantité de fuite. Une variation de 0,1 sur le PH n'est peut être pas un probléme sur un volume de 5000 litres, mais sur 1000 litres???

L'idéal, à mon sens serait d'avoir des vannes avec servomoteur, mais sur le réseau ammoniac, surtout si tu es en régime noyé.
De toute facon, même en isolant l'évapo sur la boucle d'eau, une fois la détection déclenchée, cette boucle d'eau est corrompue. Et il faut bien que ton client comprenne que l'électronique n'est pas infaillible, le seuil de détection ne peut être réglé au raz des paquerettes, sinon à la moindre dérive c'est plantage assuré de l'installation
Au pire, quitte à monter des vannes sur l'eau, installe également des soupapes de rejet raccordées sur des bidons d'eau.

a+

[mumu74]

Salut fabrice,
je suis moi même ancien Clauger, j'y ai passé pas mal d'années à brignais, mais c'est loin et il y a longtemps que je n'avais plus fait d'application avec le NH3, mais bref c'est pas le sujet.
Dans mon cas les vannes sont sur le circuit d'eau avec temps d'action de une seconde et détection par PH, mais ce n'est ce qui me préoccupe le plus.
S'il y a une détection, tout est à l'arrêt, les vannes se ferment, on se retrouve donc avec un système circuit d'eau fermée d'un coté et de l'autre un circuit NH3 (ma réflexion porte sur l'evap, mais ils veulent étendre cette application sur le condenseur et désurchauffeur), avec une fuite sur l'échangeur entre le 2.
Le volume d'eau sera le plus faible possible (c'est bien le problème pour moi), ici 70 litres, de l'autre coté j'ai 30 kg de NH3.
Pour moi ce volume d'eau n'est pas suffisant pour absorber cette charge, pour moi l'ensemble va monter en pression et faire "claquer" la soupape BP de l'évap(si la contre pression ne bloque pas la fuite!).
j'aurais voulu pouvoir calculer le point d'équilibre mais il y trop de variable:
La solubilité du NH3 avec l'eau dépend de la température, plus elle augmente, plus elle diminue.
La solubilité du NH3 avec l'eau dépend de la pression, plus elle augmente, plus elle augmente.
Je ne maîtrise pas la fuite, donc je peux avoir soit du gaz soit du liquide soit les 2.
Si ce volume n'est pas capable de neutraliser complètement le NH3, on aura au final une solution d'ammoniaque + du NH3 liquide-vapeur: pour ce mélange va donc se mettre à la pression de la température finale de la réaction exothermique lors du mélange NH3 + H2o....vous me suivez toujours?
hors la réaction NH3 + H20 dégage 2000 kJ pour 1kg de NH3 dissous dans l'eau.
le but est de savoir quelle quantité va pouvoir absorber ce volume d'eau sachant que le circuit d'eau est fermé, que la solubilité va évoluer en fonction de la température et de la pression...pour pouvoir démontrer qu'il faille surement installer une soupape + rejets sur le circuit d'eau et considérer cette partie de réseau comme soumis à la DESP, tout simplement à cause de ces vannes d'isolement mal placées, voir inutiles....
en tout cas merci à tous déjà pour vos réponses.

[frigopathe]

salut mumu,

j'ai fait une petite recherche sur le forum d'à côté "sciences physique" à savoir, sur un circuit d'eau fermé, quelle quantité en volume faut t'il rajouter dans ce circuit pour faire monter la pression de 1 bar, à T° constante

En employant la formule DV = V * Khi * P avec V en m3 , Khi est le coefficient isotherme de l'eau 4,9 10^-10 , et P en pascal
En considérant que le systéme n'est pas exotherme, on obtient

DV = 0.07 * 4,9 10^-10 * 100000 = 3.43 cm3 soit une augmentation de 0,005 %

Si on tiens compte en plus d'une élévation de température, cela va certainement réduire considérablement les 3,43 cm3.

a+