Brevet FR2137864A1 — publié le 19721229

Il est courant de mettre en oeuvre un procédé d'évapo-ration à effet multiple à l'aide d'un appareil dans lequel les effets sont disposés horizontalement» Ceci présente, cependant, l'inconvénient de nécessiter une grande surface de plancher pour 5 l'installation de l'appareil, et chaque effet doit être équipé d'un appareillage particulier, par exemple d'une pompe,-d'un régulateur de niveau de liquide et d'autres dispositifs. Pour remédier à ces inconvénients, on peut concevoir l'adoption d'un procédé d'évaporation à effet multiple disposé verticalement, 10 les effets étant placés les uns sur les autres. Ce procédé présente l'inconvénient que l'appareil doit être très élevé, si bien, que sa construction est coûteuse e-fc qu'il nécessite une énergie importante due à la pression élevée de pompage. Ii'invention concerne lrélimination des inconvénients Î5 cités. Selon le procédé de l'invention, on peut réaliser un. compromis rentable entre la surface nécessaire à lrinstall atiott et la hauteur de l'appareil, en construisant un. évaporateur très efficace, nécessitant un. appareillage relativement restreint et imposant une pression de pompage relativement faible. 20 Plus précisément, l'invention concerne un. procédé d'é- vaporation à effet multiple, caractérisé en ce que les effets sont disposés, d'ure part, côte à côte, et d'autre part", les uns au-d.essus des autres, la vapeur produite dans chaque effet étant introduit§&ans des tubes horizontaux de transfert de chaleur 25 dans un. effet différent à pression et température plus faibles, la vapeur étant condensée par échange thermique avec une saumure qui descend et qui est ainsi évaporée. l'invention concerne aussi un évaporateur à effet multiple, destiné à la mise en oeuvre du procédé décrit et 50 comportant des tubes de transfert thermique disposés horizontalement et en directions différentes dans les divers effets, la vapeur étant introduite dans les tubes de manière à y être condensée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 35 ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'un dispositif selon l'invention ; la figure 2 est une coupe suivant la ligne I-I des fi 72 17124 2137864 gures 3 et 4, d'un ensemble à deux- rangées d'effet dont un préchauffeur est retiré, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une coupe longitudinale suivant la 5 ligne II-II de la figure 2 ; la figure 4 est une coupe longitudinale suivant la ligne III-III de la figure 2 ; et la figure 5 est une coupe en plan d'un autre mode de réalisation de l'invention» 10 Sur les dessins, la référence 1 désigne une enveloppe» Dans celle-ci est disposé un ensemble 2 d'effets, de manière que l'ensemble A d'effets disposé à gauche et l'ensemble B d'effets disposé à droite forment deux rangées<> Chaque ensemble d'effets comprend plusieurs effets î5 4 qui. sont disposés les. uns au-dessus des autres, avec une cloison 3 pratiquement horizontale entre eux. la pression et la température dans chaque effet, dans les deux ensembles, sont maintenues à des valeurs de plus en plus faibles de manière que, depuis l'effet le plus élevé à celui le plus faible, l'effet supérieur 20 4-1 de l'ensemble A se trouvé à la pression et à la température les plus élevées, l'effet supérieur 4—2 de l'ensemble B suivant l'effet 4-1, étant disposé avant l'effet 4—3 du second étage de l'ensemble A, et ainsi de suite. Chaque effet 4 comprend des tubes 5 de transfert de 25 chaleur qui sont disposés horizontalement dans un mode de réalisation. Pour que la saumure descende uniformément et régulièrement à la surface externe des tubes 5, la cloison 3 comprend plusieurs trous 6 de pulvérisation. Ces trous peuvent être remplacés par tout dispositif convenable de dispersion assurant la 30 descente de la saumure. Chaque effet 4 comprend un passage 7 de vapeur assurant la communication d'un effet avec un autre de manière que la vapeur créée dans un effet soit introduite dans les tubes de l'effet suivant qui se trouve à une pression inférieure et appartient à l'autre ensemble. Comme le montrent 35 les figures 2 et 3, le passage 7 peut être disposé dans la direction longitudinale des tubes 5. la référence 8 désigne une tuyauterie de vapeur de chauffage, la référence 9 désigne des séparateurs de brouillard placés en position intermédiaire entre deux effets, l'un des séparateurs appartenant à l'ensemble A et 72 17124 3 2137864 l'autre à l'ensemble B. la référence 10 désigne des préchauffeurs et la référence 11 un condenseur placé à l'étage inférieur de l'enveloppe 1. la référence 12 désigne une pompe à eau distillée et la référence 13 une pompe de circulation de saumure. la 5 référence 14 désigne des cuves d'eau distillée en communication avec l'intérieur des tubes 5. la référence 15 désigne des petits trous qui traversent les plaques inférieures des cuves 14» la référence 27 désigne un dispositif à vide» le fonctionnement de 1'évaporateur à effet multiple 10 de construction ci-dessus est le suivants l'eau de mer introduite par une tuyauterie 16 passe dans le condenseur 11 et assure le refroidissement et la condensation de la vapeur produite dans le dernier effet, avant d'être évacuée par la tuyauterie 17 d'évacuation. Celle-ci comporte une déri-15 vation 18 dans laquelle une partie de l'eau de mer évacuée circule en constituant/d>alimentation, passant dans la tuyauterie 19 et parvenant à une cuve 20 de saumure du dernier effet, à la température et à la pression les plus faibles, de manière que l'eau soit mélangée à la saumure» la saumure ainsi mélangée à 20 l'eau de mer est pompée de la cuve 20 par une pompe 13 de circulation et une partie circule dans les préchauffeurs 10 par l'intermédiaire de la tuyauterie 21 alors que le reste est évacué par une tuyauterie 22. le cas échéant, l'introduction d'un inhibiteur d'entartrage, unQ&esaération, etci, sont réalisées, 25 comme lors de là mise en oeuvre d'une évaporation classique d'eau de mer. Il est aussi possible de ne faire circuler dans le pré-chauffeur que de l'eau de mer, non mélangée à la saumure concentrée» la saumure qui circule est préchauffée lors de son pas- 30 sage dans les préchauffeurs 10 et elle est répartie en deux directions différentes, l'une des parties parvenant à l'ensemble gauche À par une tuyauterie 23. Pendant que la saumure descend sous forme d'un courant réparti sur les faces externes des tubes 5-1 du premier effet 35 4-1, qui se trouve à la pression et à la température les plus élevées en formant un film de saumure sur les faces externes des tubes, la vapeur de chauffage introduite dans les tubes 5-1 par la tuyauterie 8 se condense. la saumure qui s'est accumulée sur la cloison 3-1 passe par les trous 6 et tombe successivement 72 17124 4 2137864 dans les effets de l'ensemble A. l'autre partie de la saumure qui a circulé dans les préchauffeurs 10 parvient à l'ensemble B de droite par une tuyauterie 24 et forme un film de saumure sur les faces externes 5 des tubes 5-2 de l'effet 4-2 dont la pression et la température sont les plus élevées après celles de l'effet 4-1 de l'ensemble A» la vapeur produite dans l'effet 4-1 de l'ensemble A .est introduite dans les tubes 5-2 de l'effet 4-2 par l'intermédiaire d'un séparateur 9-1 de brouillard et d'un passage 7-1 de vapeur, 10 de manière à chauffer et à évaporer la saumure, la vapeur elle-même se. condense dans les tubes, la saumure non évaporée qui s'est accumulée sur la cloison 3-2 passe par les trous 6 et descend ensuite dans les effets successifs de l'ensemble B, de manière analogue. 15 la vapeur produite dans l'effet 4-2 est introduite dans les tubes 5-3 de l'effet 4-3 de l'ensemble A, par le séparateur 9-2 de brouillard et le passage 7-2 de vapeur, de manière à évaporer la saumure qui se trouve à l'extérieur du tube, la vapeur se condensant elle-même. Ensuite, la vapeur produite dans 20 chaque effet de chaque ensémble est introduite dans les tubes de transfert de chaleur d'un effet suivant, à une pression et à une température inférieures, dans un ensemble différent. Ce fonctionnement se répète jusqu'au dernier effet qui. se trouve à la partie inférieure. 25 l'eau distillée accumulée dans la cuve 14-1 de l'effet 4-1 de l'ensemble A subit une évaporation instantanée par des petits trous 15 en passant dans la cuve 14-3 qui se trouve juste au-dessous, et la vapeur obtenue est combinée à la vapeur précitée produite dans l'effet 4-2 de l'ensemble B et circulant par 30 le passage 7-2, et cette vapeur pénètre dans les tubes 5-3, de manière à constituer une partie du fluide de chauffage de la saumure ; elle se condense et s'accumule dans la cuve 14-3. De manière analogue, l'eau distillée condensée dans les tubes 5-2 de l'effet 4-2 de l'ensemble B s'accumule dans 35 la cuve 14-2, subit une évaporation instantanée dans l'étage inférieur par des petits trous, est combinée à la vapeur introduite à partir de l'effet 4-3 de l'ensemble A, pénètre dans les tubes 5-4 et chauffe alors la saumure de manière-à l'évaporer en se condensant elle-même. , j 72 17124 5 2137864 l'eau distillée citée descend vers l'étage inférieur, placé juste au-dessous dans l'ensemble A ou B séparément, c'est-à-dire qu'elle descend en évitant un effet sur deux, en ce qui concerne les conditions de pression et de température, 5 mais il est possible d'améliorer encore la récupération thermique en introduisant progressivement l'eau distillée dans tous les effets à pression et température diminuant progressivement dans tous les ensembles. Ainsi, l'eau distillée subit une évaporation instantanée 10 et une condensation répétée, et elle est finalement évaporée instantanément dans la chambre 25 de l'étage inférieur, la vapeur évaporée dans cette chambre est combinée à celle créée par la saumure dans le dernier effet et elle est condensée dans le condenseur 11 qui est alimenté par l'eau d'alimentation 15 précitée, le condensât obtenu s'accumule dans la chambre 25 et on le retire à l'aide d'une pompe 12, par l'intermédiaire d'une tuyauterie 26. la description qui précède concerne un exemple de mise en oeuvre de l'invention à l'aide d'un appareil comportant 20 deux rangées d'effets.Cependant, la disposition des tubes de transfert thermique, des séparateurs de brouillard et des passages de vapeur à un niveau ou dans un plan, n'est pas limitée à celle qui est représentée sur la figure 2, mais elle peut être modifiée de diverses manières. Ainsi, on obtient 25 une souplesse élevée dans un plan ou à un niveau lorsque l'appareil comprend plusieurs rangées d*ensembles d'effets et plusieurs faisceaux de tubes de transfert de chaleur à un niveau dans un plan, les faisceaux de tubes pouvant être disposés en parallèle, en triangle, en rectangle, sous forme 30 radiale ou en zigzag, et ainsi de suite. Par exemple, la figure 5 représente une disposition rectangulaire de quatre rangées. Selon le procédé d'évaporation à effet multiple, il est nécessaire d'accroître le nombre d'effets pour accroître le rendement (rapport de l'eau douce produite à la quantité 35 consommée de vapeur) qui est très important pour le fonctionnement rentable de l'appareil. Avec les constructions connues, cependant, le procédé consistant à disposer les effets horizontalement les uns à côté des autres nécessite une importante surface de plancher, alors que le procédé de disposition des effets les uns au- 72 17124 6 2137864 dessus des autres nécessite un appareil de hauteur excessive» Selon l'invention, la hauteur de l'appareil peut être réduite par adoption de plusieurs ensembles d'effets disposés verticalement, assurant une réduction de la hauteur de l'ap-5 pareil à la moitié, de la hauteur dans le cas d'un ensemble à deux rangées et presque au quart dans le cas d'un ensemble à quatre rangées, par rapport à un dispositif classique à"effet disposé verticalement. En conséquence, l'invention permet la mise en place d'un évaporateur ayant un grand nombre d'effets et un 10 rendement élevé sur une surface relativement faible de plancher, et avec une hauteur relativement faible» De plus, comme on peut choisir le nombre dreffets à volonté, il est possible de choisir une composition optimale pour la surface de plancher et la hauteur de l'appareil, en fonction des conditions particulières. 15 De plus, le dispositif de la figure 2 dans lequel les faisceaux de tubes de transfert de chaleur des effets sont disposés parallèlement dans un plan, la vapeur étant introduite dans les faisceaux en sens inverse d'un effet à l'autre, permet de réduire la longueur des passages de vapeur et le nombre 20 de tours de la vapeur entre les effets, donc la résistance ou la perte de charge de la vapeur, le rendement thermique de l'installation étant ainsi accru. Dans les installations à plusieurs ensembles ou rangées d'effets selon l'invention, on peut obtenir les caractéristiques décrites très efficacement avec des dis-25 positions rectangulaires, polygonales, radiales ou en zigzag des faisceaux de tube. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitu-30 tifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées» 72 17124 n i 2137864 REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaporation à effet multiple, caractérisé en ce que les ensembles d'effets, comprenant plusieurs effets disposés les uns au-dessus des autres, sont disposés côte à côte, 5 la vapeur produite dans chaque effet étant introduite dans des tubes horizontaux de transfert de chaleur d'un effet d'un ensemble différent se trouvant à une pression et à une température plus faibles que celles de l'effet dans lequel est produite la vapeur, celle-ci étant condensée par échange thermique avec de 10 la saumure qui descend et assurant 1'évaporation de cette saumure. 2o. Evaporateur à effet multiple, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux ensembles formant chacun une rangée et comportant des tubes de transfert thermique dont les directions 15 longitudinales sont pratiquement horizontales et parallèles, la vapeur étant introduite dans les tubes de transfert de chaleur de manière à être condensée en sens inverse d'un effet à l'autre. 3» Evaporateur à effet multiple, destiné à la mise 20 en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des tubes de transfert de chaleur dont les directions longitudinales sont pratiquement horizontales et différentes d'un effet à l'autre, la vapeur étant introduite dans les tubes en directions différentes, d'un effet à l'autre, 25 de manière à être condensée» 4. Evaporateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend un séparateur de brouillard placé en position intermédiaire dans chaque passage de vapeur entre des effets de deux ensembles différents. 30 5» Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les directions longitudinales des faisceaux de tubes de transfert de chaleur sont disposées en zigzag, en triangle, en rectangle, sous forme polygonale ou en directions radiales. 6» Evaporateur à effet multiple, destiné à la mise 35 en oeuvre du procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que plusieurs effets disposés les uns au-dessus des autres sont séparés par des cloisons traversées par des trous faisant communiquer les effets supérieur et inférieur, la saumure descendant séparément dans chaque ensemble d'effets» . 72 17124 2137864 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau distillée condensée dans chaque effet subit une évaporation instantanée dans une cuve d'eau distillée de l'effet suivant et est refroidie et condensée ensuite dans le condenseur 5 placé en position inférieure» 8» Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'un dispositif sous vide évacue les gaz non condensables du condenseur placé en position inférieure» 9» Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 10 qu'une partie de la saumure retirée de l'effet final est remise en circulation, de manière à être réutilisée. 10. Evaporateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que plusieurs effets disposés les uns au-dessus des autres sont séparés par des cloisons comportant un dispositif de ré-15 partition de saumure faisant communiquer les effets supérieur et inférieur, la saumure descendant séparément dans chaque ensemble. 11 » Evaporateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des préchauffeurs montés en série et des-20 tinés au passage de l'eau d'alimentation qui est répartie en plusieurs courants circulant séparément dans chaque ensemble d'effets»