Brevet FR2045986A1 — publié le 19710305

i. 2045986 La présente invention concerne un appareil fonctionnant en couche mince, qui-comprend une chambre de traitement,.approxi-. • mativement verticale dont-l'extrémité supérieure est suivie d'une chambre de séparation contenant un rotor muni de pales. 5 On connaît déjà un évaporateur en couche mince compor tant une chambre d'évaporation verticale en forme de corps de révolution .Al*extrémité:supérieure de :lar chambre d'évaporation se raccorde une chambre de séparation. Dans l'axe des chambres de séparation et d'évaporation se trouve un arbre,, sur lequel sont 10 fixées plusieurs pales s'étendant en direction axiale sur toute la longueur de la chambre de séparation et de la chambre d'évaporation et, en direction radiale, jusqu'au voisinage de la paroi interne de la chambre d*évaporation» Entre la paroi de la chambre de séparation et les pales 15 du rotor est ménagé un espace annulaire, dans lequel un plateau circulaire est fixé à la paroi de la chambre de séparation dans la zone des pales. Directement au-dessus des extrémités supérieures des pales se trouve également un deuxième plateau circulaire fixé à la paroi de la chambre de séparation» 20 Plusieurs éléments de pales, orientés-axialement et a- boutissant radialement jusqu'au voisinage des pales du rotor, sont fixés entre ces plateaux à la paroi interne de la chambre de séparation. Au-dessous du plateau circulaire assujetti à la paroi interne de la chambre de séparation dans la zone de.s pales du ro-25 tor, ce dernier porte entre ses pales des segments d'un plateau circulaire, dont le diamètre extérieur coïncide" avec celui'du rotor. Pendant le fonctionnement de cet évaporateur en couche mince, les vapeurs libérées dans'la chambre d1évaporation s'élè-30 vent dans la chambre de séparation et sont déviées vers la paroi de ladite chambre par les segments disposés sur le rotor entre les pales. Une première fraction des particules liquides entrai-, nées par les vapeurs est alors séparée sur la face inférieure des segments annulaires et projetée sur la paroi de la chambre de sé-35 paration par les forces centrifuges prenant naissance lors de la rotation du rotor0 Après le premier changement de direction du courant de vapeur, ces particules frappent le plateau circulaire fixé à la paroi de la chambre de séparation, par lequel elles sont déviées 40 de nouveau vers le centre du rotor. Une autre fraction"des gout 2045986 tes de liquide est ainsi séparée du courant de vapeur sur le plateau circulaire précité. Le courant dé vapeur, qui est forcé de . parvenir une nouvelle fois à portée des pales rotatives, est débarrassé par ces pales des gouttès de liquide, cependant que les 5 éléments de pales projettent les gouttes séparées sur la paroi de la chambre de séparation. L'extrémité supérieure des éléments de' pales est munie d'une rainure qui a pour fonction de recueillir les gouttes de liquide entraînées par le courant de vapeur le long de la surface 10 externe des pales et de les projeter ensuite sur la paroi de la chambre de séparation. Les pales fixées'à la paroi de la chambre de séparation entre les deux plateaux circulaires ont pour fonction de convertir le mouvement de rotation imprimé aux courants de vapeurs sortant de la zone des pales rotatives en-un mouvement 15 orienté axialement vers la tubulure de sortie des vapeurs. Les gouttes séparées srécouïent le long de la paroi de la chambre de. vapeurs vers la chambre d'évaporation et sont rete-' nues par le plateau circulaire disposé sur la paroi de la chambre de séparation, d'où elles peuvent retomber dans la Chambre d'éva-20 poration» " ~ " L'inconvénient de ce séparateur de gouttes réside en ce que les gouttes séparées doivent traverser plusieurs fois le courant ascendant de vapeur" sous un angle approximativement droit pour être ramenées dans la chambre d'évaporation. " 25 II est par conséquent inévitable que les vapeurs s'é- coulant vers leur tubulure de sortie entraînent de nouveau une partie des gouttes qui tombent" et les dirigent hors de la zone du séparateur de gouttes, de sorte que les vapeurs évacuées se chargent de fractions du matériau devant être traité. Oes particules 30 liquides doivent être séparées"des vapeurs9 à l'extérieur de l'appareil en couche mince, par un séparateur distinct,'à moins qu'elles ne soient évacuées avec les vapeurs. Il en résulte dans -. .tous les cas une augmentation du prix de " revient du matériau devant être concentré, soit en raison de Rabaissement du rendement 35 de. l'appareil, soit par suite d'une perte importante de matériau,, La présente invention a pour'but d'éliminer' les inconvénients de l'appareil évaporateur en couche mihcé connu. L'observation sur laquelle est basée" 1''invention est que, pour obtenir ion bon rendement du séparateur, il importe moins 40 de réaliser une première séparation pratiquement complète de tou70 21352 70 21352 3. 2045986 tes les gouttes dé liquide par plusieurs changements de direction du courant de vapeur ou de gaz, susceptibles de s'accompagner de pertes de charge élevées, que d'empêcher le liquide séparé d'être entraîné de nouveau par le courant de vapeur ou de gaz. 5 Pour atteindre ce but, l'invention est caractérisée en ce que les plateaux annulaires sont rendus solidaires en rotation du rotor à pales et présentent un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre du rotor, et en ce qu'ils délimitent partiellement des passages de liquide se trouvant à l'extérieur du rotor. 10 L'avantage primordial dû à ce que l'espace annulaire situé radialement à l'extérieur des pales du rotor soit délimité par des plateaux annulaires rotatifs réside en ce que ces plateaux annulaires projettent également les gouttes de liquide séparées sur la paroi de la cham.bre de séparation. 15 Le long de cette paroi, les gouttes qui se rassemblent peuvent s'écouler radialement en dehors du courant ascendant de vapeur ou de gaz et revenir dans la chambre de traitement à travers les passages ménagés dans les plateaux annulaires, i&i aucun cas le parcours du courant de vapeur ou de gaz ne croise plus ce-20 lui des gouttes de liquide séparées, une fois que celles-ci ont atteint la paroi de la chambre de traitement. Des expériences ont démontré que la disposition conforme à l'invention apporte un accroissement surprenant du rendement de séparation. 25 Des exemples de réalisation de lrinvention sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : Flg. 1 représente en élévation-coupe un évaporateur à couche mince avec séparateur de gouttes; Fig. 2 est une coupe faite le long de la ligne II-II de 30 la fig. 1; Fig. 3 et 4 représentent à plus grande échelle des variantes de réalisation du séparateur de gouttes. Aux figures 1 et 2, la référence 10 désigne l'ensemble d'un évaporateur en couche mince approximativement vertical et en 35 forme de corps de révolution, qui est subdivisé en une ehambre d'évaporation inférieure 12 et une chambre de vapeurs 14 disposée au-dessus de la première. La chambre de vapeurs 14 prolonge axialement la chambre d'évaporation 12. L'extrémité supérieure de la chambre de vapeurs 14 est fermée par un couvercle 16^ tandis que 40 l'extrémité inférieure de la chambre d'évaporation 12 "se termine 70 21352 *• 2045986 par un cône 18, débouchant dans une tubulure de sortie 20. Une enveloppe chauffante 26 entoure la chambre d1évaporation 12. Une tubulure 22 d'entrée de matériau est prévue dans la paroi de la chambre d'évaporation 12 au voisinage de la cham-5 bre de vapeurs 14-. Immédiatement au-dessous du couvercle 16, la paroi de la chambre de vapeurs 14 est munie d'un tuyau 24 pour l'évacuation des vapeurs. Un rotor 52 est disposé suivant l'axe de la chambre de vapeurs 14 et de la chambre d'évaporation 12. Le rotor 32 comprend 10 un corps tubulaire central 34-, dont l'extrémité supérieure est pourvue d'un bout d'arbre 36, tourillonné dans un palier 38 du couvercle 16. L'extrémité inférieure du corps tubulaire 34 porte un bout d'arbre 40 prenant appui dans un palier 42, maintenu à son tour coaxialement dans le cône 18 par plusieurs supports 44. 15 Sur le corps tubulaire 34 sont disposées, dans la zone de la chambre d'évaporation 12, tin certain nombre de pales de balayage 46 orientées axialement, qui s'étendent radialement jusqu'au voisinage de la paroi de la chambre d'évaporation 12. Directement au-dessous du tuyau d'évacuation des va-20 peurs 24, le corps tubulaire 34- porte un séparateur de gouttes désigné par 48 dans son ensemble. Ce séparateur 48 est muni d'une pluralité de pales de séparation de gouttes 50, qui sont orientées axialement entre la chambre d'évaporation 12 et le tuyau d'évacuation des vapeurs 24, s'étendent en direction radiale vers 25 la paroi de la chambre de vapeurs 14 et se terminent à une certaine distance de cette paroi. Les pales de séparation 50 disposées en étoile sur le corps tubulaire 34 sont entourées à leur extrémité supérieure par un plateau annulaire 52 et à leur extrémité inférieure par un 30 plateau annulaire 54-. £ Sur la face frontale de pales de séparation 50 se trouvent plusieurs rainures capte-gouttes 56, distantes l'une de l'autre dans le sens de la rotation du rotor 32 et se prolongeant 40 en direction radiale sur toute la largeur des pales 50. Le rotor 70 21352 5. 2045986 32 peut être réuni par le bout d'arbre 36 à un moteur d'entraînement 58. Au cours de la marche de 1'évaporateur en couche mince 10, le matériau devant être concentré est introduit par la tubu-5 lure d'entrée 22 dans.la chambre d'évaporation 12, mise en température par l'enveloppe chauffante 26. Les pales de balayage 46 tournant dans la chambre d'évaporation 1.2 appliquent en couche mince le matériau;devant être concentré sur la paroi interne de la chambre d'évaporation 12, où il s'éco.ule par gravité vers la 10 tubulure de sortie 20. Les vapeurs se dégageant au cours de la concentration du matériau s'échappent à contre-courant vers la chambre de vapeurs 14, où elles sont dirigées à travers le séparateur de gouttes 48 et amenées en vue de leur condensation, par le tuyau d'évacuation 24, à l'état débarrassé de gouttes, dans un 15 condenseur non représenté. Les vapeurs chargées de gouttes.et s'écoulant vers le séparateur 48 sont déviées à l'entrée dans celui-ci, par le plateau annulaire inférieur 54, vers le centre du rotor 32. Le courant de vapeur dévié dans la zone des pales.de séparation 50 est 20 saisi par ces dernières et les gouttes les plus lourdes sont séparées sur les pales sous l'action des forces centrifuges. Les vapeurs circulant à travers le séparateur de gouttes 48 ont tendance à entraîner vers le tuyau d'évacuation 24 les .gouttes séparées sur les opales 50. Les gouttes sont toutefois re-25 cueillies par les rainures de captation >6 disposées sur la face frontale des pales de séparation 50 dans le sens de la rotation du rotor 32 et sont projetées sous l'action des forces centrifuges contre la paroi de la chambre de vapeurs 14„ Les courants de vapeurs se détendent de nouveau après 30 leur passage à travers le plateau annulaire 54. Les vapeurs rencontrent ainsi le deuxième plateau annulaire 52, gui se trouve à l'extrémité supérieure des pales de séparation 50 et ramène les vapeurs vers le centre du rotor. Entre les deux plateaux annulaires 52, 54, il s'établit de ce fait, dans l'espace partiellement 35 limité par la paroi interne de la chambre de vapeurs 14 et les pales de séparation 50, un effet de retenue empêchant les gouttes séparées sur la paroi interne de la chambre de vapeurs 14 d'être entraînées par les vapeurs s'écoulant vers le tuyau d'évacuation 24. 40 Les courants orientés axialement qui peuvent encore 70 21352 6. 2045986 subsister éventuellement dans l'espace libre compris entre la paroi interne de la ch.ambre .de vapeurs 14 et les pales de séparation 50 sont brassés dans cet espace libre par les courants de vapeurs orientés radialement créés par la rotation des pales de 5 séparation 50» . En raison de ce- brassage préalable, les vapeurs circulant dans l'interstice annulaire 72 entre la paroi interne de la chambre de vapeurs 14 et le plateau circulaire 52 ont perdu une quantité d'énergie telle que le coupant résiduel orienté axiale-10 ment n'est plus capable d'entraîner .vers le tuyau.de sortie 24 les gouttes séparées sur la paroi interne de la chambre de vapeurs 14. Toutes.les gouttelettes déposées sur la paroi interne de la chambre de vapeurs 14 dans la zone du séparateur de gouttes 48 sont par conséquent libérées des impulsions motrices dirigées 15 vers le tuyau d'évacuation des vapeurs 24. Sous l'effet de la . gravité, les gouttes séparées reviennent à contre-courant des vapeurs, à travers l'interstice annulaire 72 délimité par le plateau annulaire 54- et la paroi interne de la chambre de vapeurs 14, dans la chambre d'évaporation 12 où elles peuvent se mélanger 20 au matériau frais introduit par la tubulure d'entrée 22 dans la chambre d'évaporation 12. Par suite de l'agencement sus-décrit du séparateur de gouttes 48, il est possible de récupérer en totalité les gouttes de liquide entraînées par les courants de vapeur, ce qui permet 25 non seulement de supprimer le séparateur distinct extérieur à 1'-évaporateur en couche mince mais aussi d'obtenir un meilleur rendement de l'appareil,, ce qui est particulièrement avantageux lorsqu'il s'agit de concentrer des matériaux relativement coûteux ; dans l'évaporateur en couche-mince... 30 La fig. 3 représente une variante de réalisation du sé parateur- de gouttes 48. Au corps tubulaire 34 sont associées plusieurs pales de séparation 50, munies chacune de deux rainures capte-gouttes différentes 66.et 68. Tandis que la rainure capte-gouttes 66 est constituée par une creusure. pratiquée sur la face 35 frontale de la pale de séparation tournante 50, la rainure capte-gouttes 68 est disposée sous la forme d'une baguette sua? la face frontale de la pale de séparation tournante 50, et le côté de la baguette 68 tourné vers la chambre d'évaporation porte line gorge 70 qui assure une meilleure évacuation des gouttes recueillies. 40 Les plateaux annulaires 60r 60' se trouvant aux extré 70 21352 7. 2045986 mités axiales des- pales de séparation 5^ sont fendus en au moins un emplacement de leur circonférence, de telle façon que les "bords 62, 64 ainsi formés à Remplacement fendu se chevauchent mutuellement. Les bords se chevauchant 62, 64 des plateaux annu-5 laires 60, 60* sont recourbés pour constituer un canal, incliné obliquement en direction de la rotation du séparateur de gouttes 48 et dont l'ouverture d'entrée se trouve au-dessus du plateau annulaire correspondant 60 ou 601". Alors que le bord 62 recourbé obliquement vers le haut 10 du plateau 60 a pour mission de capter les gouttes qui se sont rassemblées immédiatement au-dessus du plateau annulaire 60 et de les acheminer au-de.ssous dudit plateau, le bord 64 recourbé obliquement vers le bas du plateau annulaire 60 est destiné à communiquer aux gouttes recueillies dans la zone du plateau une compo-15 santé de mouvement dirigée vers la chambre d'évaporation 12. Le plateau annulaire inférieur 60' est pareillement muni d'au moins une ouverture -identique dont la mission correspond à celle du plateau annulaire 60. Le but atteint avec ce séparateur de gouttes 48 est 20 qu'une composante de mouvement supplémentaire est imprimée en plus de la gravité aux gouttes së rassemblant en particulier au-dessous du plateau annulaire 60, ce qui améliore le recyclage des gouttes séparées. A la fig. 4 les pales de séparation 74- sont coudées 25 deux fois et forment une ligne en zig-zag vues en direction axiale du séparateur 48 de gouttes» Cette disposition des pales de séparation 74- confère au séparateur de gouttes 48 une efficacité plus.grande, qui est favorisée en outre par les rainures capte-gouttes 76 prévues dans les pales de séparation 74. Entre le pla-50 teau annulaire supérieur 78 et le plateau annulaire inférieur ?8' se trouve d'autre part au moins une hélice 80, dont la dimension radiale correspond à celle des plateaux annulaires 78, 78' et dont le pas est défini à la demande. La présence de l'hélice 80 entre les deux plateaux an-55 nulaires 78, 78', améliore notablement le recyclage des gouttes séparées sur la paroi interne de la chambre de vapeurs 14 dans la zone du séparateur de gouttes 48. Il importe à cet effet que l'hélice 80 se prolonge jusqu'au voisinage immédiat de la paroi interne de la chambre de vapeurs 14, pour pouvoir saisir dans les 40 meilleures conditions les particules liquides séparées' et leur 70 21352 a. 2045986 imprimer une composante de mouvement orientée vers la chambre d'-évaporation 12. Un autre avantage qu'offre la disposition d'une hélice 80 entre les deux plateaux annulaires 78, 78' réside en ce qu'une 5 composante de mouvement dirigée vers la chambre d'évaporation 12 est imprimée à la vapeur en rotation entre le séparateur de gouttes 4-8 et la paroi interne de la chambre de traitement 14. On a constaté en effet que le séparateur de gouttes 48 possède une vitesse de rotation plus grande que le matelas de.vapeur se trouvant 10 entre lui et la paroi interne de la chambre de vapeurs 141 de sorte qu'il est possible d'imprimer au matelas de vapeur précité line composante de mouvement orientée à contre-courant des vapeurs. Dans l'espace annulaire partiellement limité par les plateaux annulaires 78» 78r, sont ainsi créées des conditions qui assurent 15 un recyclage sensiblement à 100 % des gouttes séparées. 70 21352 9. 2045986 EsVS'MCjlTIOHS. 1. Appareil de traitement en couche mince, qui comprend une chambre de traitement approximativement verticale dont l'extrémité supérieure est suivie d'une chambre de séparation conte-5 nant un rotor muni de pales, ainsi que deux plateaux annulaires distants axialement l'un de l'autre et entourant la section balayée par le rotor, cependant qu'il est prévu sur les pales des rainures capte-gouttes orientées radialement et débouchant entre les deux plateaux annulaires, ledit appareil étant caractérisé en 10 ce que les plateaux annulaires (52, 54-) sont solidaires en rotation du rotor à pales (50) et présentent un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre du rotor, et en ce que les plateaux annulaires délimitent partiellement des passages de liquide (72) se trouvant à 1'extérieur du rotor. 15 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures capte-gouttes a56, 66, 76) sont constituées par des creusurés pratiquées dans la face frontale des pales de séparation (50). 3. Appareil suivant l'une des revendications 1 ou 2, 20 caractérisé en ce que les rainures capte-gouttes (70) sont constituées par des saillies (68), ressortant de la face frontale et munies de gorges qui sont disposées sur le côté des saillies tourné vers la chambre de traitement (12) <> 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 25 1 à 3, caractérisé en ce que les deux plateaux annulaires (78, 78') sont réunis entre eux par au moins une hélice (80). 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4,- caractérisé en ce que chaque plateau annulaire (60, 60') porte à sa périphérie au moins une découpe s'étendant sur toute 30 la largeur du plateau. 6. Appareil suivant la revendication 5j caractérisé en ce que les bords (62, 64) limitant la découpe d'un plateau annulaire, se chevauchent mutuellement, 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en 35 ce que les bords se chevauchant (62, 64) forment un canal incliné dans le sens de la rotation du rotor. 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant un rotor à pales disposé dans la chambre de traitement et caractérisé en ce que le rotor de séparation (48) 4_0 est pourvu de pales (50) distinctes de celles du rotor (46) de la chambre de traitement (12)»