Brevet FR2232342A1 — publié le 19750103

La présente invention a pour objet une installation pour la concentration de produits liquides, par évaporation à multiple effet, dans laquelle la vapeur dégagée dans un effet par le produit à concentrer est dirigée vers le corps de chauffe de effet suivant, la vapeur dégagée dans le dernier effet étant conduite vers un condenseur. Ces installations sont particulièrement intéressantes du fait qu'elles consomment peu d'énergie d'évaporation. Mais elles présentent l'inconvénient de nécessiter la circulation d'une grande masse de fluide de refroidissement dans le condenseur. De plus, elles imposent dans les premiers effets une température d'ébullition relativement élevée, ce qui est particulièrement dommageable dans le traitement des produits thermo-dégradables, tels que le lait. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Pour ce faire, elle préconise une installation caractérisée en ce qu'elle comporte un second condenseur branché sur un prélèvement de la vapeur passant de llavant- dernier au dernier effet. Grâce à cette particularité, la condensation finale#s'opère en partie à la température de l'avant-dernier effet, et en partie à la température du dernier effet. Or, comme l'avant-dernier effet fonctionne à une température supérieure à celle régnant dans le dernier effet, la quantité de fluide de refroidissement nécessaire à la condensation est inférieure à ce qu'elle serait si la condensation finale s'opérait en totalité à la température de fonctionnement du dernier effet, le fluide pouvant subir un plus grand réchauffement. En conséquence, si ce fluide est de l'eau perdue, la dépense en utilités est fortement réduite ou, si l'on utilise un réfrigérant atmosphérique refroidissant l'eau en circuit fermé, la taille de celui-ci pourra être réduite dans la même proportion. Par ailleurs, comme ladite disposition permet de fixer la pression dans l'avant-dernier effet, on peut obtenir dans les deux derniers effets des pressions de fonctionnement particulièrement basses, ce qui permet de diminuer considérablement les pressions et les températures d'ébullition dans les premiers effets. Finalement donc, cette disposition réalise une installation à consonr mation réduite en fluide de refroidissement, et dans laquelle, de surcroit, les températures de fonctionnement des premiers effets peuvent être relativement basses. Dans## un mode de réalisation préféré de l'invention, les deux condenseurs sont alimentés en série sur le circuit du fluide de refroidissement, d'une manière connue en soi, l'eau de refroidissement passant d'abord dans le condenseur le plus froid. On conçoit que l'installation réalisée de cette manière est encore plus avantageuse du point de vue de la circulation du fluide de refroidissement. A titre d'exemple, on décrit ci-après deux formes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 donne le schéma d'une installation dont les deux condenseurs fonctionnent indépendamment l'un de l'autre ; et - la figure 2 schématise une installation dont les deux condenseurs sont reliés en série sur le circuit de fluide de refroidissement. L'installation comporte quatre évaporateurs 1, 2, 3 et 4 constituant chacun un effet avec une chambre d'admission A, un corps de chauffe B et une chambre d'extraction C. Chaque évaporateur est muni d'une entrée la, 2a, 3a et 4a pour le produit liquide à concentrer, d'une pompe de reprise lb, 2b, 3b ou d'extraction 4b et d'un séparateur Ic, 2c, 3c et 4c. L'évaporateur de tête 1 est alimenté en vapeur de chauffage par l'intermédiaire d'un thermo-compresseur 5. La vapeur dégagée parle produit à concentrer dans l'évaporateur 1 est acheminée via le séparateur lc et une conduite 6 dans le corps de chauffe B de l'évaporateur suivant 2. De même, une conduite 7 mène la vapeur dégagée dans l'évaporateur 2 au corps de chauffe B de l'évaporateur 3. A partir de là, et conformément à l'invention, une partie seulement-de la vapeur dégagée par le produit à concentrer dans l'évaporateur 3 est dirigée par une conduite 8 au corps de chauffe B de l'évaporateur 4, qui constitue le dernier effet de l'installation. L'autre partie est dirigée directement, par une conduite 9, sur un condenseur indépendant 10. Enfin, la vapeur dégagée par le produit dans le dernier effet (évapora tueur~4) est acheminée par une conduite 11 à un condenseur 12. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 1, les deux condenseurs 10 et 12 sont alimentés séparément en eau de refroidissement. Les deux condenseurs peuvent être de même type ou de type différent, par exemple par mélange ou par surface. Les deux fluides de condensation ne sont pas forcément les mêmes, ni à la même température d'entrée. A titre d'exemple d'utilisation de l'installation, les températures de fonctionnement de l'avant-dernier et du dernier effets peuvent être de 500 et 400 C respectivement, les condenseurs étant tous deux alimentés en eau de refroidissement à 250 C, cette eau, à la sortie des condenseurs 10 et 12 étant à la température de 440 et 340 #-C respectivement. A titre d'exemple toujours-, chacun des condenseurs peut recevoir 1 500 kg de vapeur. Ces données permettent de calculer l'économie de fluide de refroidissement permise par l'installation selon l'invention. Il est connu que si m est la masse de vapeur à condenser, exprimée en kg, et L est la chaleur latente de vaporisation de l'eau à la température consi dérée, cette chaleur latente étant exprimée en kcallkg, la quantité de frigories nécessaires pour effectuer la condensation en cause est : F = m.L. En l'occurrence, cette quantité de frigories est apportée par l'eau de refroidissement. Si la masse d'eau de refroidissement est : ml, exprimée en kg, c étant la capacité calorifique de l'eau, en kcal/kg, et si les températures à l'entrée et à la sortie du condenseur sont T1 et T2 respectivement, la quantité de frigories apportées par l'eau de refroidissement est F1 = m1 c (T2 - T1) Donc, la masse d'eau nécessaire à ladite condensation dépend uniquement de la température et est donnée par la formule : ml m.L c(T2 - T1-) - Pour le condenseur 10, on a : T2 - T1 = 440- 250 = 190, m = 1 500 kg et L500 C nu 600 kcal/kg avec :c = 1 kcal/kg. D'où : ~ 1 500 x 600 kg = 47 000 kg. ml - 19 Il faut dont 47 m d'eau de refroidissement pour condenser 1 500 kg de vapeur dans le condenseur 10. - Si ces 1 500 kg de vapeur étaient condensés à la sortie du dernier effet, où l'on a : T2 T T1 = 340 - 250 = 90, L400 C rv 600 kcal/kg, la masse d'eau nécessaire serait : m'1 = 1 500 . 600 kg = 100 000 kg = 100 m3. 9 Une comparaison directe entre m1 et m'l montre clairement que, dans cet exemple, l'installation selon l'invention permet d'économiser : mt1 - m1 = 53 m# d'eau. Considérant que, dans cejexemple, le condenseur à la sortie du dernier effet reçoit également 1 500 kg de vapeur et donc consomme 100 mode eau de refroidissement, l'installation représentée à la figure 1 permet, par rapport à l'installation classique, une économie sur liteau de refroidissement nécessaire à la condensation des 3 000 kg de vapeur, égale à 53 , soit environ 25 %. 200 Dans la variante illustrée à la figure 2, les condenseurs sont alimentés en série. On conçoit que l'installation réalisée de cette manière est encore plus avantageuse du point de vue de la circulation du fluide de refroidissement. En effet, l'eau sortant du condenseur le plus froid peut encore être utilisée, en totalité ou en partie, pour alimenter totalement ou partiellement le condenseur le plus chaud. En particuliers pour les quantités de vapeur et les températures indiquées dans l'exemple précédent, l'utilisation en série des condenseurs peut conduire à une économie en eau de refroidissement de l'ordre de 50 %. En contrepartie de cette économie, il faut bien sur concéder une légère dépense complémentaire de vapeur de chauffage pour obtenir la même évaporation. Mais cette dépense complémentaire est faible, puisque dans une installation à n effets, on peut dire grossièrement qu'une augmentation des M kg surla masse de vapeur de chauffage fait se dégager n2 M kg de vapeur. De toute évidence, la présente invention n'est pas limitée au mode d'exécution représenté sur les figures. En particulier, elle concerne également les installations dans lesquelles le condensé ne circule pas d'effet en effet dans l'ordre décroissant des températures. REVENDICATIONS I.- Installation pour la concentration de produits liquides, par évaporation à multiple effet, dans laquelle la vapeur dégagée par le produit à concentrer dans un effet, est dirigée vers le corps de chauffe de l'effet suivant, la vapeur dégagée dans le dernier effet étant conduite vers un condenseur, caractérisée en ce qu'elle comporte un second condenseur branché sur un prélèvement de la vapeur passant de l'avant-dernier au dernier effet. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux condenseurs sont alimentés en série sur le circuit du fluide de refroidissement, d'une manière connue en soi, l'eau de refroidissement passant d'abord dans le condenseur le plus froid. 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'eau sortant du condenseur le plus froid est utilisée, en totalité ou en partie, pour alimenter, totalement ou partiellement, le condenseur le plus chaud.