Brevet FR2021488A1 — publié le 19700724

La présente invention concerne des groupes de distillation,1 notamment du genre assurant l'évaporation instantanée d'un liquide chargé d' impuretés, pour engendrer des vapeurs relativement pures de ce liquide, puis la condensation de ces vapeurs dans un échangeur de chaleur à contact direct. Elle a pour objet un groupe de distillation comportant une série de chambres d'évaporation instantanée agencées pour fonctionner sous des pressions qui décroissent progressivement dans la série, chacune des chambres qui succèdent à la première recevant directement du liquide de la chambre précédente sous pression plus élevée et chaque chambre qui précède la dernière transmettant directement du liquide à la chambre suivante sous pression plus faible, et une série de chambres de condensation agen cées pour fonctionner sous des pressions qui décroissent progressivement dans la série, chaque chambre recevant de la vapeur dt une chambre d'évaporation respective qui fonctionne sous la mOme pression qu'elle, le sens de succession dans la série étant inversé, chaque chaire qui succède à la première recevant directement du liquide de refroidissement, destiné à condenser la vapeur arrivant d'une chambre précédente à une température et sous une pression plus faiblee,sous l'effet de la pesanteur,et chaque chambre qui précède la dernière transmettant du liquide directement à la chambre suivante à une température et sous une pression plus élevées, sous l'effet de la pesanteur, toutes ces chambres étant situées dans une même enveloppe dans laquelle sont logés des conduits destinés à transmettre de la vapeur des diverses chambres d'évaporation aux chambres de condensation associées, la série de chambres d'évaporation étant située verticalement audessus de la série de chambres de condensation. On va maintenant décrire l'intention à titre dtexemple en se référant aux dessins partiellement schématiques annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue de détail de profil, en coupe asia- le, d'une colonne d'évaporation et de condensation; la figure 2 est, en plan, une vue en coupe droite de cette colonne; la figure 3 est un schéma de circulation montrant la colonne incorporée à un groupe de distillation; la figure 4 montre un agencement suivant une variante, dans lequel la colonne d'évaporation et de condensation est divisée en sections à haute et à basse température;; la figure 5 est une vue en plan de l'agencement suivant la variante illustrée par la figure 4, indiquant des moyens prévus pour le stockage, et la figure 6 est à plus grande échelle, une vue de détail de profil, en demi-coupe axiale, de l'intérieur de la section de condensation de la colonne représentée sur la figure 1 Comme le montrent les figures 1, 2 et 6, la colonne d'évaporation et de condensation comporte une enveloppe cylindrique 1, en béton et matière plastique, opposant une forte résistance à la corrosion par solution saline.L'enveloppe est garnie extérieu- rement d'isolant thermique et comporte trois parois concentriques 21, 22, 23, compartimentées par des cloisons radiales 24 en des conduits assurant, d'une manière qu'on décrira, le transfert du fluide circulant dans la colonne. L'enveloppe peut être soit préfabriquée et transportée sur les lieux en plusieurs section à assembler, soit coulée sur place, en plusieurs sections ou d' un seul tenant. L'enveloppe 1 contient une section d'évaporation instantanée 2 et, au-dessous de celle-ci, une section de condensation 3, toutes deux subdivisées par une série de plateaux concaves ondulés 4, en acier revStu de matière plastique ou en matière plastique armée de fibres de verre, dont chacun;#i au centre d'une goulotte cylindrique 6. Chacune des goulettes 6 pénètre de haut en bas dans la coupelle centrale d'un plateau d'arrosage sens- jacent 5 dont le rayon est soit égal au sien, comme représenté en haut de la figure 6, soit réduit de moitié à peu près dame la partie basse de la section de condensation, comme représenté en 54 sur la figure 6.Dans ce dernier cas, un distributeur annulaire plat 15 ou deux de ces distributeurs 15A et 15B sont prévus pour répartir l'eau qui tombe en contournant le bord du plateau 5, afin d'assurer sa bonne condensation. Dans un agencement, non représenté, dans lequel un certain volume de liquide est retenu sur les plateaux, des masses de déplacement, par exemple en mousse de polyuréthane revêtue de matière plastique, sont ancrée sur les plateaux pour réduire la masse de liquide portée par ces derniers. Les plateaux concaves 4 sont maintenus espacés à leur périphérie par des ensembles de couronnes d'entretoisement 7, de bagues profilées ss et des joints toriques 9, assurant pratiquement l'étanchéité au fluide. Un couvercle amovible 11 est boulonné de manière étanche sur l'enveloppe 1 et présente en son centre un tuyau 10 d'admission de solution saline. Une tour d'accès 19, contenant un escalier, est prévue à coté de l'enveloppe 1 et porte une grue pivotante 20 destinée à soulever ou à abaisser le couvercle 11 et les plateaux individuels 4 et 5 afin qu'on puisse examiner les pla teaux et les réparer ou les remplacer si besoin est. Le plateau concave 4 situé à la base de la section d'évaporation 2 est relié à un tuyau 12 de sortie de solution saline. Un tuyau d'admission de réfrigérant 13 envoie du réfrigérant à des distributeurs situés dans la région haute de la section de condensation et un tuyau 14 d'évacuation de réfrigérant et de condensat part du plateau concave 4 situé le plus bas dans la section de condensation. Les espaces séparant les plateaux concaves successifs sont reliés deux à deux, entre les sections d'évaporation et de condensation, autour de la Jonction entre ces sections. Ainsi, l'es- pace situé le plus bas dans la section d'évaporation 2 est relié à l'espace situé le plus haut dans la section de condensation 3 par un conduit 17 muni d'un séparateur de gouttelettes 18, en toile métallique comprimée.De momie, l'espace de rang 21 de bas en haut, de la section d'évaporation est relié par un conduit et par un séparateur de gouttelettes (non représenté) à l'espace de rang 2, de haut en bas, de la section de condensation. Tous les espaces séparant les plateaux concaves successifs sont reliés deux à deux de manière correspondante et ainsi, les espaces étant prévus en nombres égaux, ltespace le plus haut de la section d'évaporation est relié à l'espace le plus bas de la section de condensation.Les conduits reliant les espaces sont les conduits 25 prévus-dans la paroi de ltenveloppe, la section de chaque conduit étant adaptée au débit de vapeur circulant entre les espaces respectifs et le poids mort de la colonne de vapeur présente dans un produit équilibrant sensiblement la résistance à l'écou- lement à travers ce conduit, ceci pour contrebalancer les pertes de charge engendrées par la résistance à l'écoulement. Les conduits reliant les paires successives d'espaces sont répartis autour de l'enveloppe afin que leurs débouchés puissent store évasés et de forme voulue pour minimiser la perte de charge subie par les courants de vapeur. il est prévu de faire appara#- tre entre étages successifs une perte de charge correspondant à un écart de température non supérieur à O,20C, ceci par choix W- dicieux des diamètres des conduits et de la forme de leurÇ dé- bouchés. Comme illustré par la figure 3, le tuyau 10 d'admission de solution saline dans l'enveloppe 1 est relié à un échangeur de chaleur à contre-courant 27, alimenté en solution saline froide par une entrée 26. Le tuyau 14 d'évacuation de réfrigérant et de condensat est relié, à travers une pompe 28 et un réchauffeur 29, au serpentin chauffant de l'échangeur de chaleur 27, lui-mSme relié au tuyau 13 d'admission de réfrigérant. Une sortie de condel- sat 30 est interposée dans le circuit à la sortie de l'échangeur de chaleur 27. En fonctionnement, la solution saline, aux environs de 20#O, arrive dans le groupe par la voie 26 d'aewè à l'échangeur de chaleur 27, ce dernier la portant aux environs de 105*c. La 90- lution saline passe alors, par le tuyau d'admission 10, dans 1' espace le plus haut de la section d'évaporaticn 2, à travers un joint d'eau, formé dans le plateau dtarrosage 5 le plus haut, de profondeur suffisante pour absorber la différence de pression apparaissant entre cet espace le plus haut et 1' échangeur de chaleur. Par suite de cette différence de pression, une partie de la solution saline se transforme par évaporation instantanée en vapeur d'eau.La vapeur d'eau, à 99 C, passe, par un conduit 25 ménagé dans la paroi de ltenveloppe, dans l'espace le plus bas de la section de condensation, pour y rencontrer une douche de réfrigérant et de condensat tombant de l'espace inédiatement su- périeur, qui la condense en quasi-totalité.La fraction non éva- porée de la solution saline passe de l'espace le plus haut de la section d'évaporation 2 dans l'espace immédiatement soue-jr- cent à travers la goulotte 6 respective,formant avec le plateau d'arrosage 5 associé un joint d'eau correspondant à la différence de pression existant entre les deux espaces, la température de saturation de l'espace inférieur étant d'environ 30C inférieure à celle de l'espace le plus haut.Là encore, du fait de l'écart de pression, une fraction de la solution saline se transforme par évaporation en vapeur d'eau, qui passe dans l'espace inférieur de rang 2 de la section de condensation 3, s'y condense et se déverse, en mélange avec du réfrigérant et du condensat arrivant des étages de rangs plus élevée, dans l'espace le plus bas, à travers un joint d'eau correspondant à la différence de pression entre étages. Le processus se répète à travers les étages successifs, la température de saturation baissant d'environ 300 à chaque étage, jusqu'à ce que la solution saline soit ramenée aux environs de 3000 et se déverse du groupe par le tuyau 12. Le réfrigérant arrive dans la section de condensation 3 aux environs de 210C et sa température stélève d'environ 30C à chaque étage, jusqu'à ce qu'il sorte de la section de condensation 3 aux environs de 100C, par le tuyau 14. Bien entendu, une pompe aspirante (non représentée), interposée sur le tuyau 12 de sortie de solution saline, engendre la différence de pression entre les étages successifs en évacuant l'espace le plus bas de la section d'évaporation 2 et, de là, chacun des espaces situés plus haut dans la section d'évaporation à travers les joints d'eau respectifs dont chacun détermine par sa profondeur la différence de pression entre les deux étages respectifs. Les divers étages de la section de condensation 3 sont sous la même pression que les espaces correspondants de la section d'évaporation, les joints d'eau respectifs maintenant les écarts de pression. Le liquide qui arrive dans la section de condensation 3 par le tuyau 13 est de l'eau condensée, un liquide non miscible avec l'eau (tel qu'huile ou paraffine) ou un "mélange" d'eau condensée et du liquide non miscible. Lorsqu'on utilise un liquide non miscible, on prévoit des moyens propres à en séparer partie au moins du condensat avant qu'il ne rejoigne la section de condensation. il est bien entendu aussi que le liquide non miscible avec l'eau et la solution saline peuvent servir de fluide d'échange de chaleur intermédiaire transmettant de la chaleur du condensat #:la solution saline. Quand les espaces ne peuvent, en raison de leur nombre et de leur espacement, être contenus dans une même enveloppe, on prévoit, comme illustré per les figures 4 et 5, deux enveloppes 1', 1" comportant, la première, des sections d'évaporation 31 et de condensation 39 fonctionnant dans l'intervalle supérieur de température et de pressions et la seconde, 1", des sections d'évaporation 34 et de condensation 37 fonctionnant dans l'intervalle inférieur de températures et de pressions, cette seconde section ayant un plus grand diamètre que la première pour recevoir les débits de fluide accrus.Chacune des enveloppes 1' et 1" présente deux parois concentriques 41, 42 et 43, 44, séparées par un interstice suffisant pour recevoir les conduits reliant deux à deux les étages de l'enveloppe respective. il est prévu des conduits de raccordement 33 et 38 destinés à faire passer la solution saline et le condensat de l'une à l'autre des enveloppes 1' et 1" ainsi que des tubulures 32 d'admission de solution saline dans l'enveloppe 1', des conduits 35 de sortie de solution saline de l'enveloppe 1", 36 d'admission de condensat dans l'enveloppe 1" et 40 de sortie de condensat à partir de l'enveloppe 11. Les enveloppes 1' et Iff sont placées de manière à ce que leurs axes 45 et 46 soient situés sur le rayon d'action d'une grue tournante montée sur une tour d'accus 19 pour permettre de démonter et/ou de remplacer les plateaux des enveloppes. Les plateaux démontés sont empilés comme indiqué en 48, 49. Bien que dans l'exemple décrit, le groupe assure le deesalement d'eau salée pour fournir de l'eau potable, il pourra aussi assurer la purification d'eau impure, émanant de sources autres que la mer, et de nature à devenir potable après distillation et servir en outre à la distillation d'autres liquides. REVENDICATIONS 1) Groupe de distillation caractérisé en ce qu'il comporte une série de chambres d'évaporation instantanée agencées pour forme tionner sous des pressions qui décroissent progressivement dans la série, chacune des chambres qui succèdent à la première recevant directement du liquide de la chambre précédente sous pression plus élevée et chaque chambre qui précède la dernière transmettant directement du liquide à la chambre suivante sous une pression plus faible, et une série de chambres de condensation agencées pour fonctionner sous des pressions qui décroissent progressivement dans la série, chaque chambre recevant de la vapeur d'une chambre d' évaporation respective qui fonctionne sous la même pression qu'elle, le sens de succession dans la série étant inversé, chaque chambre qui succède à la première recevant directement du liquide de refroidissement, destiné à condenser la vapeur, d'une chambre pré eNdente à température et sous pression plus faibles, sous 11effet de la pesanteur, et chaque chambre qui précède la dernière transmettant directement du liquide à la chambre suivante à température et sous pression plus élevées sous l'effet de la pesanteur, toutes ces chambres étant situées dans une même enveloppe dans laquelle sont logés des conduits destinés à transmettre de la vapeur des diverses chambres d'évaporation aux chambres de condensation associVes, la série de chambres d'évaporation étant située verticalement au-dessus de la série de chambres de condensation. 2) Groupe de distillation selon la revendication l, caraté- ris en ce que ltenveloppe est de forme tubulaire et comporte plusieurs parois espacées munies-de cloisons qui définissent les conduits de transfert de vapeur. 3) Groupe de distillation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de chaque conduit est telle que la résistance de frottement opposée à l'écoulement de la vapeur dans ce ~nv- duit équilibre sensiblement la masse de la colonne de vapeur présente dans le conduit. 4) Groupe de distillation selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens placés aux entrées des conduits pour limiter la pénétration de gouttelettes liquides dans ces derniers. 5) Groupe de distillation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une toile métallique comprimée est interposée à 1' entrée de chaque conduit pour limiter la pénétration de gouttele# tes liquides dans ce dernier. 6) Groupe de distillation selon la revendication l, caracté- risé en ce qu'un plateau concave sépare chaque chambre de la cham- bre immédiatement sous-jacente et présente un trou central débou- chant dans une goulotte qui pénètre de haut en bas dans une dépres- sion centrale en coupelle que présente le plateau suivant. 7) Groupe de distillation selon la revendication 6, o-ract*- -risé en ce que le plateau suivant présentant la coupelle centrale est agencé pour répartir le liquide en travers de la chambre sous Jacente. 8) Groupe de distillation suivant la revendication 6; carac térisé en ce que le plateau suivant présentant la coupelle aentra- le est agencé pour répartir le liquide sur un ou plusieurs distributeurs annulaires plats. 9) Groupe de distillation selon la revendication 6, caract4- risé en ce que les plateaux concaves sont espacés à leurs périphé- ries par des entretoises tubulaires et par des bagues profilées iii nies de Joints toriques qui assurent pratiquement 11 étanchéité au fluide. 10) Groupe de distillation selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on assemble des sections tubulaires en béton pour former l'~nveloppe. 11) Groupe de distillation selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des secondes séries de chambres d'évaporation et de chambres de condensation disposées comme les séries précitées sont prévues dans une seconde enveloppe, ayant la mamie forie que celle précitée et montée en série avec elle pour fonctionner dans un intervalle de tempErabures et de pressions inférieur. 12) Groupe de distillation selon la revendication 11, ctract*- risé en ce que les chambres desdites secondes séries ont une plus grande section que celles des premières séries. 13) Groupe de distillation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première et la seconde enveloppes sont placées de manière à ce que leurs axes verticaux se situent sur l'arc d'action d'une grue pivotante montée près de la seconde enveloppe, les organes supérieurs de fermeture des deux enveloppes pouvant être retirés afin qu'on puisse accéder aux plateaux pour les démonter ou les remplacer. 14) Groupe de distillation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un liquide non miscible avec celui soumis à vapo- ration sert à assurer la condensation par contact direct avec la vapeur présente dans les étages de condensation. 15) Groupe de distillation selon la revendication 14, carac térisé en ce que le liquide non miscible avec celui soumis à l'évaporation sert d'agent d'échange de chaleur intermédiaire trans férant de la chaleur au liquide avant qu'il ne pénètre-dans la première chambre d'évaporation.