Ballons verticaux

Ce chapitre fait suite au ballon généralités. Cette section traitera du dimensionnement des ballons verticaux.

1. Dimensionnement
   1. Pression et température

Le choix de la pression et de la température dans le ballon sera fonction de différents paramètres. Il sera néanmoins toujours en fonction de l’équilibre thermodynamique du mélange.

Les paramètres de fonctionnement du ballon peuvent aussi être défini en d’obtenir une certaine qualité de produits fini. La pression peut-être choisie de manière bien défini à cause de raisons de sécurité de même pour la température.

Chaque ballon sera différent mais la pression sera liée quoiqu’il en soit à la température.

                      b. Volume utile

Les ballons verticaux servent à séparer en deux phases le liquide qui entre dans celui-ci. Le ballon aura un volume liquide stocké. Ce volume est calculé en fonction des différentes utilités du ballon, néanmoins, ce temps est le plus souvent calculé en minute.

Le tableau suivant permet d’avoir quelques éléments pour l’estimation de ce volume.

Service du ballon	Temps de résidence (min)
Ballon de reflux	3-5
Ballon d’alimentation	3-5 (avec ou sans pompe)

Tableau 1 : Temps de résidence.

Prenons l’exemple d’un ballon alimenté du mélange en eau et NH₃ (ρ = 1000 kg/m³). Le NH₃ est libéré sous forme de gaz et l’eau est aspirée par une pompe au débit de 1000 m³/h (soit 16.7 m³/min).

Le volume estimé pour un temps de résidence de 5 min est de 85 m³.

Ce volume est considéré comme « volume utile ».

                c. Les niveaux

Le volume utile du ballon n’est pas suffisant. Le ballon possédera des alarmes permettant de gérer le process dans le temps et palier aux fluctuations de débit. Ainsi, il y aura un niveau pour indiquer une alarme basse et/ou haute. De même pour certains ballons critiques, il peut y avoir une alarme très basse ou très haute, c’est le cas d’équipement tel que les compresseurs.

Le schéma ci-dessous reprend la disposition des différents niveaux.

Acronyme	Définition
LAHH	Level Alarm High High
LAH	Level Alarm High
LAL	Level Alarm Low
LALL	Level Alarm Low Low
LT	Level Tangent

Figure 1 : Disposition des niveaux dans le ballon

Le volume utile du ballon se situe entre le LAH et le LAL doit correspondre à environs 80% du volume de liquide. Les niveaux du LALL et LAHH seront estimé avec des distances minimales ou des temps de résidences additionnels.

Le LT corresponds à la courbure du fond du ballon. Le volume utile est considéré uniquement à partir du dessus de ce point.

                        d. Options des ballons

Les ballons peuvent-être eux même équipé d’équipements internes. Il y en a trois principaux :

-          Le demister

-          Le vortex breaker

-          Le Brise jet.

Brise Jet

Le brise jet est un équipement qui permet de briser le jet du liquide qui alimente le ballon afin d’éviter qu’il n’aille frotter sur la paroi en face. Le brise jet permet d’éviter une érosion prématurée. Le brise jet prend le plus souvent la forme suivante.

Figure 3 : Brise jet

Une plaque en acier peut-être ajoutée sur la paroi en face, ajoutant une sur-épaisseur d'acier. Cette plaque n'est pas un brise jet mais le rôle en est identique (éviter l'érosion prématurée du ballon).

Vortex breaker

Le vortex breaker est un équipement installé au fond d’un ballon. Il permet d’éviter la formation d’une colonne de gaz lorsque le fluide est soustrait au ballon. La création de cette colone de gaz réduit la HMT réelle faisant de ce fait caviter la pompe. Un vortex breaker se présente sous la forme d’un « X » et ressemble au bouchon d’un lavabo.

Figure 4 : Vortex breaker

Demister

Un demister (ou coalesseur) est une grille qui est mise en amont de la sortie vapeur d’un ballon. Le demister collecte ensemble de minuscules gouttes de liquide en suspension dans la vapeur afin d’en faire de grosse goutte qui tomberont ensuite sous l’effet de la gravité. Le demister est une grille métallique à maille plus ou moins grosse.

La figure ci-dessous montre la disposition d’un demister.

Figure 5 : Représentation d’un demister

             e. Pression et température design

La prise en compte de la température et de la pression opératoire ne sont pas suffisante. Une  marge doit-être ajoutée afin de palier à la plus part des cas.

Température

Une marge additionnelle sur la température maximale opératoire doit-être appliquée pour déterminer une température design maximale. Cette marge dépends des conditions climatiques où sont installé les ballons.

La température design minimale est à étudier de près. Elle peut correspondre à la température minimale de fonctionnement soustrait d'une marge ou correspondre à la température de dépressurisation du ballon. La température la plus faible sera considérée comme la température design minimale.

Pression

La pression design correspond à l’adjonction d’une marge sur la pression maximale opératioire du ballon lorsque la pression du ballon est supérieure à 1 atm.

         2. Utilisation

La surface d’échange (Liquide/gaz) étant plus faible pour un ballon vertical que pour un ballon horizontal, ce type de ballon est utilisé lorsque le débit de gaz sortant est plus important que le débit de liquide sortant.

Ainsi, ils sont particulièrement usités en amont des compresseurs. Ils permettent d’éviter la présence de quelques particules liquides qui abimeront les compresseurs. Ce type de ballon est souvent muni de demister.