Brevet FR2274564A1 — publié le 19760109

La présente invention a pour objet une installation pour la distallation économique de grandes quantités d'eau douce, en partant d'eausaumtre telle par exemple que de l'eau de mer, l'installation comprenant une série de bouilleurs-échangeurs de chaleur vapeur/eau à distillée montés en cascade dans lesquels la pression et la température de la vapeur produite et condensée vont en diminuant jusqu'à une pression minimale à l'entrée d'un compresseur permettant le bouclage du cycle en recomprimant la vapeur produite dans le dernier étage et en la ramenant à 11 entrée du premier bouilleur.Un cycle de ce type a été décrit dans le brevet français n0 73 42 560 déposé le 29 novembre 1975 au nom du meme demandeur et ayant pour tigre "perfectionnement à l'utilisation d'un cycle mixte nucléaire-combustible fossile. L'objet de la présente invention est essentiellement la création d'un type de bouilleurs-échangeurs nouveaux particulièrement adaptés à une distillation efficace et économique de grandes quantités d'eau à distiller dans un tel cycle. Il n1 existe en effet aucun appareil industriel connu permettant une telle distillation dans de bonnes conditions économiques. Conformément à l'invention les bouilleurs-échangeurs colhprer#nent : a) des ensembles en forme de volume sensiblement parallèles pipédique rectangle délimité sur quatre cotés par des plaques respectivement supérieure, inférieure et latérales toutes quatre contigües à une face sensiblement verticale ouverte formant entrée pour la vapeur à condenser , des plaques planes parallèles de séparation étant disposées sensiblement verticalement réunies de deux en deux sur leurs tranches verticales en formant une surface ferme continue crénelée opposée à ladite entrée en délimitant un espace intérieur pour la vapeur communiquant avec ladite face d'entrée et un espace extérieur pour l'eau formé par les passages libres en créneaugentre couples successifs de plaques , lesdites plaques supérieure et inférieure précitées étant découpées en créneaugde largeur correspondante à leur extrémité opposée à celle qui est adjacente à ladite face d'entrée, b) des moyens d'amenée de l'eau à distiller en haut desdits ensembles et de ruiseelement le long des plaques dans lesdits passages en crénaux, c) des moyens de montage desdits ensembles dans une enceinte support, d) des moyens de canalisation et de circulation des fluides, vapeur et liquide, à l'intérieur de ladite enceinte, e) des moyens d'amenée de l'eau à distiller à l'installation, f) et des moyens de soutirage hors de l'installation de l'eau distillée recueillie ainsi que de la saumure produite. Belon une autre caractéristique importante de l'invention les ensembles sont montés dans des ouvertures d'une cloison ladite enceinte support en étant supportés sur des chariots qui roulent sur des rails qui délimitent au sol des canaux de retour des distillats et des eaux de recyclage. Avec une telle conseption on constitue des bouilleurséchangeurs économiques à très grande surface d'échange assurant lilistillation efficace en cascade de très r grandes quantités d'eau à distiller en laissant décroitre la température et la pression de distillation dans les différents étages successifs des bouilleurs-échangeurs montés en série. L' invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnant à titre d'illustration et schématiquement quelques modes de mise en oeuvre. Dans ces dessins - la figure 1 est un schéma général d'une installation de distillation conçue selon l'invention, -la figure 2 montre à plus grande échelle schéma de circulation relatif à un étage, - la figure 3 montre perspective avec arrachement un ensemble compostant les plaques d'échange d'un bouilleuréchangeur de l'invention, - la figure 4 montre schématiquement en perspective comment des ensembles tels que celui illustré à la figure 3 peuvent être amenés en place dans l'installation, - la figure 5 montre en perspective avec arrachement un détail relatif à l'alimentaion en eau à distiller des ensembles tels-qtiillustrés à la figure 3, - la figure 6 montre en vue éclatée et avec arrachement quelques plaques entrant dans la construction d'un ensemble tel qu'illustré aux figures 3 à 5, - la figure 7 montre vue par dessus et avec arrachement la plaque supérieure d'un ensemble et diverses plaques verticales d'échange soudées entre elles et qui seront soudées sur ladite plaque supérieure, - la figure 8 est une vue en coupe verticale longitudinale faite à travers un T'doigt de gant" de l'ensemble et illustrant licirculation du fluide côté "vapeur", - la figure 9 est une vue en coupe transversale faite sensiblement dans le pan IX-IX de la figure 8, - la figure 10 est une vue en coupe transversale verticale faite avec arrachement à travers un ensemble pourvu de sa boîte à eau et illustrant l#circulation de l'eau à distiller et celle de la vapeur produite dans les passages en creux mentionnés plus haut, - la figure 11 montre en coupe verticale longitudinale et schématiquement le montage des ensembles en cascade dans une enceinte support fermi - la figure 12 illustre schématiquement une implantation de divers échangeurs-bouilleurs dans une installation importante, - la figure 13 est une vue en coupe faite sensiblement dans le plan X#IE-XTII de la figure 12, - la figure 14 est une vue en coupe sohématique à plus grande échelle illustrant comme la figure 11 le montage des bouilleurs-échangeurs pour une implantation telle que montrée figures 12 et 13. On se reportera tout d'abord à la figure 1 illustrant schématiquement un cycle complet de distillation utilisant des bouilleurs-échangeurs conçus selon l'invention. Dans le schéma de la figure 1 on a indiqué en différents endroits les températures en degri C et les pression en bars rencontrées dans le cycle. La lette v indique que l'on est en phase vapeur et la lette 1 que l'on est en phase liquide. Enfin les chiffres entourés indiquent les débits relatifs pondéraux de vapeur et de liquide. Le cycle se boucle de la façon suivante. En 10, 11, 12, 13 et 14 ont a indiqué cinq entrées d'eau brute (liquide) à distiller. L'eau brute ainsi admise dans le cycle s'échauffe initialement er refroidissant les distillats 20 à 23 et une partie du résidu 24 produits dans les bouilleurs-échangeurs 25 à 28, l'échange d#haleur s'effectuant dans des échangeurs 15 à 18. Sur le circuit du résidu sortant du dernier bouilleur -échangeur 28 on remarquera qu'on a fait choix d'un recyclage de trois unités de liquide pour deux unités de saumure soutirée du cycle. Un compresseur 29 assure le relèvement de la pression de la vapeur dans l'exemple indiqué de 0,6 bar à 1,6 bar entre le dernier buuilleur-échangeur 28 et le bouilleur-échangeur de tête 25. En 30 on a illustré un échangeur de désurchauffe permettant d'admettre la vapeur à l'entrée du bouilleur-échangeur 25 à tempér & ure convenable pour sa condensation et la formation du distillai: 20. En 31 on a illustré un appoint de chaleur par exemple à la vapeur permettant d'amener les six unités d'eau brute au bouilleur-échangeur d'entrée 25 à température convenable. On remarquera que dans le cycle illustré à la figure 1 on a un taux de recyclage de cinq entre les différents bouilleurs échangeurs et que le cycle se boucle très bien en admettant une différence de température de l'ordre de 7oC entre chaque bouilleur échangeur et une différence de pression de l'ordre de 0,2 à 0,3 bar , toutes ces données étant approchées et révisables en fonctiortes pertes de charge, des pertes de temparature et des pertes de poids dans l'installation et correspondant à des valeurs en eau pure. A la figure 2 on a illustré à plus grande échelle le schéma d'un bnuilleur-échangeur d'étage n recevant de l'étage n+1 une unité pondérale de vapeur à la température t+70C et sous la pression p+0.2 à 0.3 bar . De cet étage n sort une unité pondérale de vapeur à la température tOC et sous la pression p bar , cette vapeur se dirigeant vers l'étage r 1. La vapeur qui s'est condensée dans le bouilleur-échangeur 26 est soutirée comme distillat en21 près traversée d'un échangeur de chaleur 16 qui sert au réchauffage de l'eau d'appoint aimise en 11 à l'échangeur-bouilleur.A une unité d'appoint d'eau brute admise dans 11 échangeur s'ajoutent cinq uni1S d'eau de recyclage provenant de l'étage n+1. L'eau brute qui ne s'est pas vaporisée dans l'échangeur 26 est recyclée à raison de cinq unités vers l'étage n 1. On se reportera maintenant aux figures 3 à 10 dans lesquelles on a illustré de façon plus précise la manière dont étaient constitués les ensembles comportant les plaques échange formant les bouilleurs-échangeurs schématisés aux figures 1 et 2. Chaque ensemble 33 est en forme de volume sensiblement parallèlépipédique rectangle délimité smr quatre côtés par des plaques respectivement supérieure 34 inférieure 35 et latérales 36, 37 toutes quatre contigües à une faee sensiblement verticale 38 ouverte formant entrée pour la vapeur v à condenser. Des plaques planes de séparation telles que repérées 39 à 42 sont disposées sensiblement verticalement entre les plaques latérales extrêmes 36, 37 en étant réuries de deux en deux sur leurs tranches verticales en formant une surface fermée continue crènelée opposée à la face d'entrée 38 en délimitant un espace intérieur 43 pour leur v communiquant avec l'entrée 38 et un espace extérieur pour l'eau, formé par les passages libres en créneaux tels que 44, 45 entre couples successifs de plaques tels Que 90, 41-42, etc...A cet effet la plaque supérieure 34 et la plaque inférieure 35 son#écoupées en créneanxde largeur correspondante å leur extrémité opposée à celle qui est adjacente à la face d'entrée 38 (figures 6: et 7 notamment). Comme on le voit plus clairement aux figures 3, 5 et 10 les diverses plaques verticales 36,37. 39,40 ,41, etc... d'un ensemble 33 dépassent/en saillie au-dessus de la plaque supérieure 34 découpée en créneaux formant ainsi un réceptaCle 48 pour l'eau que l'on veut distiller et cri est amenée dans ce réceptacle par des canalisations appropriées (non représentées). te façon à .fadLiter le ruisselement de l'eau sur les plaques dishange telles que 39, 40 , etc... d'un ensemble 33 on coiffe cet ensemble d'une boîte à eau 49 qui peut par exemple être simplement posée par des crochets 50 sur le rebord dé#a#aant en saillie 51 des plaques latérales au-dessus de la plaque supérieure 34. L'eau à distiller peut ainsi s'écouler en glissant sir les plaques d'échange telles que 39, 40, 41 etc... (figure 10) . Une partie de cette eau se vaporise au contact des plaques d'échange chauffées intérieurement par la vapeur à température plus élevée provenant du bouilleur-échangeur de l'étage supérieur . cette vapeur remonte dans les passages liùres en créneau tels que 44, 45 et elle sera dirigée vers l'étage inférieur. Aux figures 3 et 4 on notera l'entretoieement des plaques verticales d'échange dans les passages libres entre créneaux tels que 44, 45 au moyen par exemple d'un caillebotis 54 permettant aux plaques d'encaisser les efforts dus à la différence de pression de chaque côté des plaques. En effet pour des dimensions envisagées de l'ordre de 3 mètres de long sur 3 mètres de haut, les plaques sont soumises à des forces de plusieurs tonnes. De même pour encaisser les efforts d'arrathement sur les tranches en bout 55, 56 on prévoit des profilés 57 et des tirants 58, 59 d'ancrage de ces profilés dans la cloison 60 support des ensembles. De faon semblable les plaques latérales 36, 37 seront renforcées par exemple par un croisillon de profilés 61. De façon à faciliter la mise en place des ensembles dans l'enceinte étanche qui les recevra (voir figure 11) on les supportera avantageusement sur des chariots schématisés en 62 qui rouleront sur des rais 63, 64 formés sur plancher 65 de ltenceinte. Ces chariots permettront le roulement longitudinal selon la flèche 66 des ensembles pour amener en face de leur emplacement dans la cloison support et aussi les déplacements latéraux 67 pour permettre leur ajustement sur les cloisons. Après l'opération de mise en place > leschariots peuvent être soit laissés soit retirés, et les ensembles peuvent être soutenus par des cales Comme on le voit plus clairement aux figures 8 et 9 les différents doigts de gant" 68 formés entre deux plaques verticales de séparation adjacentes comportent intérieuremsnt des chicanes 69, 70, 71 pour la circulation de la vapeur v et sa condensation à la base du doigt de gant où les distillats sont recueillis vers une canalisation de collecte (voir figure 11). En figure 6 et 7 on a illustré comment pouvait être réalisée de façon pratique la constuction des ensembles 33. Une telle construction peut être faite par exemple par assemblage par soudage sur les plaques crénelées supérieure 34 et inférieure 35 de plaques métalliques 72,73,74, etc... soudées aux plaques 34 et 35 et soudées entre elles le long de lignes de soudure telles que 75,76,77,etc... Les plaques 73, 74, etc... peuvent être préalablement coudées à leurs extrémités pour constituer les tranches de fond 55,56, etc... (figures 3 et 6). On se reportera maintenant à la figure 11 dans laquelle on a montré comment des ensembles 33 pouvaient être montés dans des ouvertures formant les faces entrée 38 de la vapeur d'un étage n+1 à liage n, ces ouvertures étant formées dans des cloisons 60 d'une enceinte support étanche au liquide et à la vapeur et dont on aperçoit le sol en 65 et le plafond en 78. Les parois de l'enceinte peuvent être formées avantageusement en béton précontraint. les ensembles 33 sont montés entre des saillies 76, 77 des cloisons 60 au moyen d'un joint de dilatation 79 (figures8 et 11) et d'une bride de montage 96 (figure 3). Dans la figure 11 on retrouve les diverses circulations des fluides vapeur et liquide d'un étage au suivant et l'on voit comment des étages n+1 n sont montés en série les uns derrière les autres. Dans 1 'exemple illustré dans la figure Il on voit que les distillats liquides formés à l'intérieur des doigts de gant de l'ensemble 33 de l'étage n sont dirigés vers un canal de sortie 80 ménagé entre le montant 76 et le rail 64 de étage n+l. La réfrigération des distillats s'effectue dans un échangeur 16 constitué par un serpentin noyé dans le canal 80 et que traverse l'eau d'appoint qui sera amenéeen haut de la boîte à eau de l'ensemble 33 de l'étage n. l'eau qui s'éooule dans les espaces libres 44 , 45 etc... en ruisselant le long des plaques d'échange se vaporise en partie pour former de la= peur o qui passe de l'étage n à l'intérieur des doigts de gant de l'ensemble 33 de l'étage n-1. Le reliquat non vaporisé de l'eau est collecté dans un canal de retour et de recyclage des eaux primaires 81 d'où il sera réinjecté par des conduits (non représentés ) vers la boîte à eau de ltétage suivant n-l. Dans l'exemple envisagé on a supposé que l'eau qui ruisselait en bas des plaques des ensembles 33 était recueillie sur une plaque inclinée 82 collectant ce débit d'eau à recycler vers le canal 81. Aux figures 12 à 14 ont a illustré un arrangement dans lequel les ensembles 33 formant bouilleurs-échangeurs sont groupés en rangées 85, 86, 87w 88 avec toutes les entrées de vapeur 38 communiquant de chaque côté d'une allée 89, 90. Chaque allée 89, 90 est divisée par une cloison horizontale 91 (figure 14) en deux parties 92193 recevant respectivemoet l'arrivée de vapeur v et le retour des distillats 1 ainsi que les incondensables. Chaque rangée d'ensembles 33 est coiffée d'un collecteur de vapeur distillée 94, les différents collecteurs d'un meme étage communiquant entre eux par un collecteur transversal 95 qui amènera la vapeur à un canal 92 d'une allée d'étage inférieur A la figure 14 on a monté le montage avec les soufflets de dilatation 78 des ensembles 33 dans les cloisons latérales 96 de l'enceinte. La partie inférieure 93 d'une allée 89 sert au retour des distillats et des incondensables produits par la vapeur admise dans les doigts de gant des ensembles 33. Le retour des eaux de recyclage se fait sur le fond des rangées telles que 85, par exemple entre les rails 63, 64 de la rangée. Pour le reste le fonctionnement de l'installation comprenant plusieurs ensembles groupés tels que illustrés aux figures 12 à 14 est le même que décrit précédemment. Bien entendu, l'invention n'est nullement Imitée aux modes de réalisation illustrés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles ci sont réaliséaisuivant son esprit et misesen oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Installation pour la distillation économique de grandes quantités d'eau comprenant une série de bouilleurs-échangeurs de chaleur vapeur/eau à distiller montés en cascade dans lesquels la pression et la température de la vapeur produite et condensée vont en diminuant jusqu'à une pression minimale à entrée d'un compresseur permettant le bouclage du cycle en recomprimant la vapeur produite dans le dernier étage et en la ramenant à l'entrée du premier bouilleur, ladite installation étant caractérisée en ce que lesdits bouilleurs-échangeurs comprennent a) des ensembles en forme de volume sensiblement parallèlépipédique rectangle délimité sur quatre côtés par des plaques respectivement supérieure , inférieure, et latérales toutes quatre contigües à une face sensiblement verticale ouverte 38 formant entrée pour la vapeur à condenser, des plaques planes parallèles de séparation étant disposées sensiblement velticalement réunies de deux en deux sur leurs tranches verti#Les en formant une surface fermée continue crénelée. opposée à ladite entrée en délimitant un espace intérieur 43 pour la vapeur communiquant avec ladite face d'entrée et un espace extérieur pour l'eau formé par les passages libres 44, 45 en créneaux entre coupe successifs de plaques, lesdites plaques supérieure et inférieure précitées étant découpées en créneauxde largeur correspondante à leur extrémité opposée à celle qui est adjacente à ladite face d'entrée, b) des moyens d'amenée de l'eau à distiller en haut desdits ensembles et de ruisselemerit le long desdites plaques dans lesdits passage en créneaux,:: c) des moyens de montage desdits ensembles dans une enceinte support, d) des moyens de canalisation et circulation des fluides vapeur et liquide, à l'intérieur de ladite enceinte, e) des moyens d'amenée de l'eau à distiller à l'installltion, f) et des moyens dè soutirage hors de 11 installation de l'eau distillée recueillie ainsi qie de la saumure produite. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdits ensembles sonMmontés dans des ouvertures d'une cloison de ladite enceinte support en étant supports sur des chariots qui roulent sur des rails qui délimitent au soldes canaux de retour des distillats et des eaux de recyclage. 3. Installation selon la revendication ou la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens d'amenée de Liteau à distiller comprennent une boite à eau qui coiffe la place supérieure dentelée en créneaux:desdits ensembles en en suivant le#contours. 4. Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que ladite boite à eau coiffe un rebord supérieur desdites plaques de séparation dépassant en saillie au-dessus de ladite plaque supérieure horizontale dantelée en créneaux desdits ensembles. 5. Installation selon l'une des revendications précodentes caractérisée en ce qu'à l'intérieur de chaque espace en "doigt de gant" formé par chaque couple de plaques de séparation adjacentes, sont prévues des chicanes sensiblement horizontales pour le- balayage de cet espace par la vapeur et la condensation de l'eau distillée formée par la vapeur. 6. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce qu'à la base desdits espaces en "doigt de gant" sont prévus des canaux de soutirage des gaz incondensables tels que eo2. 7. Installation selon l'une des revendicatiom wécédentes caractérisée en ce que lesdits ensembles sont entretoisés extérieuremet ou intérieurement de façon à encaisser les différences de pression de chaque côté des plaques d'échange. 8. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdits ensembles sont montés dans ladite enceinte support avec interpositior de soufflets de dilatation. 9. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdits ensembles sont groupés en rangée avec toutes les entrées communiquant de chaque côté d'une allée avec deux rangées d'ensembles alignés, chaque allée étant divisée en deux parties, une inférieure recevant les distillats et les incondensables, l'autre supérieure recevant la vapeur admise à condensés , lesdites rangées étant coiffées par des collecteurs de vapeur et recevant à leur base les eaux de recyclage.