Dimensionnement d'un serpentin pour un génerateur de vapeur au bois d'une distillerie

[invitebe695a16]

Bonjour,

Je suis distillateur d'huiles essentielles dans les alpes,

Je souhaite construire un génerateur de vapeur fonctionnant au bois (poele type rocket stove qui sera réalisé aux dimensions utiles a la production de vapeur souhaitée), avec un serpentin, qui sera installé en feu nu, dans le poele (dans lequel circulera l'eau qui passera en vapeur)

J'aurais besoin d'aide pour calculer les dimensions du serpentin afin d'avoir une surface d'échange suffisante pour produire la quantité de vapeur souhaitée;

Je souhaite produire la vapeur avec un serpentin, et non pas un bouilleur (réservoir d'eau) car cela me permet d'avoir une vapeur plus sèche en sortie.

Il faudrait qu'il y ait une masse tampon afin que les variations du feu ne créent pas de trop gros ecarts de temperature (idéalement il faudrait une temperature de vapeur stable car sinon on brule les plantes). Pour cela je pense utiliser un serpentin très epais (parois de 3cms environ) afin que la chaleur puisse s'accumuler dans les paroies et faire effet de 'tampon' et donc de pallier a ces variation de temperatures du feu de bois, et obtenir au final une vapeur a temperature stable;

J'aurais besoin de produire 50kg/h de vapeur a la pression atmosphérique (a la temperature d'environ 100°), il faudrait que je sache quelle surface d'échange me permettrait de chauffer ce volume d'eau en une heure donc; et quel epaisseur les parois du serpentin devraient avoir pour accumuler sufisamment d'énergie pour pallier correctemment a ces variations de temperatures du feu de bois.

Il serait idéal si la masse du serpentin chauffait a 100° en 30mn par exemple (puisque de l'acier a 100° sera suffisant pour produire de la vapeur?), la production de vapeur pourrait donc commencer a ce moment la, en demarrant l'injection d'eau dans celui-ci;

Une distillation dure géneralement deux heures, le foyer du poele pourrait être diemenssionné pour que le batch de bois soit totalement brulé 30mn avant la fin de distillation par exemple, pour que l'énergie accumulée dans le serpentin puisse terminer de produire la vapeur sur la dernière demi heure et qu'il n'y ait pas trop d'énergie gaspillée de cette manière;

J'espère que mon projet vous intéresse,

Dans l'attente de vos retours !

Nitya
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[RomVi]

Bonjour

Il y a quelques points incohérents dans ta demande. Si tu veux produire une vapeur à 100°C alors celle ci sera saturée, on ne peut pas parler de vapeur "sèche".
Un bouilleur sera plus performant qu'un serpentin, le débit de vapeur sera plus régulier, et tu ne fera sortir que de la vapeur, contrairement à un serpentin qui entrainera de l'eau bouillante par intermittence vers la sortie.
Si tu veux légèrement surchauffer la vapeur (la monter par exemple à 110°C) tu peux toujours ajouter une petite longueur de tuyau chauffé autour (dans ce cas un petit diamètre est préférable).

Tu veux produire 50 kg/h de vapeur, pendant 2h, donc 100 kg au total. Il faudra une puissance utile de 33 kW, soit 50kW minimum en comptant le rendement de l'appareil ; ce n'est pas un petit réchaud...
Pour évaporer 100 kg d'eau il faudra environ 100kWh, soit 26 kg de bois à 20% d'humidité, qu'il faudra donc faire bruler entièrement en 2 heures.
Est-ce que tu es sur d'avoir besoin d'autant ? Quel volume de plantes traite-tu en une passe ?

[invitebe695a16]

Bonjour, merci de ta réponse,

J'ai un alambic de 900litres (150kg de plantes en moyenne), le système actuel produit environ 20kg/h de vapeur, les distillations sont donc très longues.

C'est un chauffe eau gaz domestique bidouillé avec une pompe peristaltique, pas de vanne en sortie de serpentin, il marche donc en pression atmosphérique...

Le débit de vapeur est stable une fois le réglage de la pompe et du bruleur est stabilisé : le sonde de temperature qui est placée en sortie indique une temperature variant de 97° à 99°; je suis a 1100m d'altitude.
Il n'y a quasiment pas d'eau chaude en sortie et la vapeur semble deja relativement sèche;
C'est le seul réglage avec ce système qui me permette de garder un débit/temperature stable de vapeur; Si j'augmentes la flamme (ou diminues le débit d'eau) le sonde de temperature indiques un saut de dizaines a des centaines de degrès en quelques seconde, et l'appareil fait un sifflement aiugu...)
Le système n'etant pas (du tout) prévu pour fonctionner en pression, je ne me suis pas 'amusé' a faire plus de tests;

Le serpentin que je souhaite utiliser sera fabriqué en usine et prévu pour resister a 50bars mini; il y aura une soupape de sécurité et une vanne en sortie de serpentin;
En entree il y aura une pompe pour réguler le débit d'eau;
Ce sont des serpentins qui sont prévus pour être installés en feu nu dans un corps de chaudière et produire de la vapeur d'eau, l'entrée et la sortie du serpentin se situe en haut de celui ci;
Je pense que ce soit intéressant d'utiliser un serpentin car la surface d'échange sera plus grande qu'avec un bouilleur a moins que celui ci soit a tubes de fumées (mais cela coutera plus cher)
Avec un bouilleur, le volume d'eau sert de masse tampon d'accumulation, mais avec un serpentin la masse d'acier de ses parois peux jouer ce role de masse tampon non ?!

Je souhaite pouvoir produire de la vapeur très légèrement surchauffée (2 bar par exemple) dans le serpentin, et non pas en sortie de serpentin (la vanne de sortie de serpentin qui sera légèrement fermée augmentera un petit peu la pression a l'intérieur du serpentin, juste assez pour surchauffer un peu la vapeur) après la vanne de sortie de serpentin, il faudrait que la vapeur repasse a la pression atmosphérique et a une temperature proche de 100° pour cela je prévois d'éventuellemnt utiliser un diamètre de tuyau (inox flexible) plus important afin de détendre la vapeur, il y aura deux ou trois mètres de tuyau avant entrée dans le vase a fleurs, je pense que cela sera largement suffisant pour refroidir la vapeur;

La chaleur du feu de bois sera relativement stable tout le long de la chauffe, une fois la masse du serpentin chauffée, le débit de la pompe peristaltique 'optimalement' réglé, ainsi que la vanne de sortie de serpentin, j'ose imaginer pouvoir obtenir une vapeur relativement sèche avec un débit relativement constant.

Cette installation ne me paraît pas plus complexe que celle d'un bouilleur (ou il faut augmenter la surface d'échange avec des tubes de fumées) et ou le volume d'eau total est stocké dès le début de la chauffe (il me faudrait un réservoir de 300litres environ), ce volume diminuant tout au long de la distillation il me semble qu'il y aura plus de variations de temperatures etc puisque la masse totale chauffée va diminuer en permanence contrairement au système avec serpentin ou la masse tampon (le corps du serpentin) reste la même;

Il serait possible d'utiliser un serpentin d'un diamètre intérieur très fin, extérieur assez large, et de grande longueur (20m par exemple...) ?!

Bonne journée!

Nitya