Brevet FR2300593A1 — publié le 19760910

La présente invention a pour objet un évaporateur à tubes coaxiaux comportant un premier ensemble de tubes verticaux dont les extrémités sont fixées à des plaques tubulaires supérieu- re et inférieure et un second ensemble de tubes verticaux dont chacun est disposé coaxialement à l'intérieur d'un tube du premier ensemble et forme avec celui-ci un passage à section annulaire où circule le liquide à évaporer, le fluide chauffant circulant successivement dans les tubes du second ensemble et autour des tubes du premier ensemble, ou vice-versa. Par rapport aux évaporateurs classiques constitués par un faisceau de tubes où circule le fluide à évaporer et dont les extrémités sont fixées à des plaques tubulaires délimitant une chambre où est admis le fluide de chauffage, les évaporateurs à tubes coaxiaux présentent les avantages suivants - réduction importante du temps de séjour du,produit à évaporer cette réduction est intéressante dans le cas de produits thermo- sensibles, tels que les jus sucrés - augmentation notable du coefficient d'rechange par suite de la plus grande vitesse d'écoulement du produit à évaporer - encombrement réduit, à capacité égale, ce qui permet d'augmen- ter sensiblement la capacité maximum des évaporateurs réalisa bles. Dans les évaporateurs classiques, l' extrémité supérieure des tubes débouche directement dans une chambre d'expansion, appe lée calandre, où la vapeur est séparée du liquide. Dans un évaporateur à tubes coaxiaux connu, on a adopté la même solution en obturant l'extrémité supérieure des tubes intérieurs qui se trouve sensiblement au niveau de la plaque tubulaire supérieure des tubes extérieurs et en admettant le fluide chauffant dans les tubes intérieurs, ou en l'évacuant, au moyen d'un troisième ensemble de tubes placés dans les tubes intérieurs, Cette solution n'est pas satisfaisante car les tubes des deuxième et troisième ensembles ne sont fixés qu'à une de leurs extrémités et il est donc pratiquement impossible de les maintenir coaxiaux aux tubes extérieurs, de sorte que les passages du liquide à évaporer et du fluide chauffant ne présentent pas une symétrie de révolution et il en résulte des surchauffes locales et un mauvais coefficient d'échangez La présente invention permet de remédier à cet inconvé nient. L'évaporateur, objet de l'invention, est caractérisé en ce que les extrémités des tubes intérieurs sont fixées à des plaques tubulaires inférieure et supérieure espacées des plaques correspondantes des tubes extérieurs, de façon à délimiter avec celle-ci des chambres d'entrée et de sortie du liquide à évaporer, la chambre de sortie du liquide à évaporer, qui est délimitée par les deux plaques tubulaires supérieures, est reliée à une calandre et un régulateur de niveau maintient le liquide dans la calandre à un niveau au moins aussi élevé que celui de la plaque tubulaire supérieure des tubes intérieurs. L'espace entre les deux plaques tubulaires supérieures est ainsi maintenu plein de liquide, ce qui supprime les risques de dégradation thermique des gouttelettes venant au contact des tubes ou des plaques tubulaires. Avantageusement, le niveau dans la calandre est maintenu à la hauteur voulue par un déversoir. Suivant un mode de réalisation particulier, la calandre est placée au-dessus du faisceau de tubes dont elle est isolée par un dame fixé sur la plaque tubulaire supérieure et formant avec celle-ci une chambre de vapeur et, à sa base, la paroi de la calandre a un diamètre supérieur à celui du corps de l'évaporateur de façon à former un espace annulaire qui est fermé à son.extrômi- té inférieure et communique avec l'espace entre les plaques tubulaires supérieures. Le seuil du déversoir disposé dans la calandre est, de préférence, placé à un niveau supérieur au sommet du dame de sorte que celui-ci est noyé dans le liquide contenu dans la calandre.Le seuil du déversoir peut entre placé à un niveau in férieur au sommet du d8me, mais il faut alors recouvrir la partie non immergée du dame au moyen d'un matériau thermiquement isolant pour éviter le nus que de dégradation thermique des gouttelettes venant en contact avec cette partie du dôme. Suivant un autre mode de réalisation, la chambre de sQr- tie du liquide est reliée à une cuve qui est surmontée d'une calandre dont la base a un diamètre supérieur à celui de la cuve et entoure la partie supérieure de celle-ci, le bord supérieur de la cuve étant situé à un niveau au moins aussi élevé que celui de la plaque tubulaire supérieure des tubes intérieurs et formant déversoir. Pour faciliter l'assemblage et l'entretien de l'évapo- rateur, il est avantageux de réaliser l'assemblage des tubes in térieurs et d'au moins une plaque tubulaire au moyen de bagues entourant les tubes et reçues dans des alésages de la plaque tubulaire dont le diamètre est supérieur au diamètre extérieur des tubes, ces bagues comportant une gorge extérieure et une gorge intérieure dans lesquelles sont logés des joints toriques assurant l'ôtancheitô entre l'alésage et la bague et entre la bague et le tube, respectivement. La description qui suit se refère aux dessins l'accom- pagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, deux modes de réalisation particuliers de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe d'un évaporateur rôa- lisé conformément à l'invention La figure 2 est une vue en coupe d'un autre évaporateur réalisé conformément à l'invention La figure 3 montre une variante de réalisation de ltéva- porateur de la figure 2 ; et La figure 4 montre un détail de construction d'un évaporateur conforme à l'invention. Le corps de ltévaporateur représenté sur la figure 4 est constitué par une virole 10 cylindrique, à axe vertical et fermée à ses deux extrémités par des dômes i2 et 14 et contenant un faisceau tubulaire formé d'une série de paires de tubes coaxiaux. Une seule paire de tubes a été représentée sur le dessin pour le rendre plus clair. Chaque paire de tubes comporte un tube extérieur 16 dont les extrémités sont fixées par soudage ou dudgeonnage à deux plaques tubulaires 18 et 20 soudées sur la virole 10, et un tube intérieur 22 dont les extrémités sont emmanchées dans des alésages percés dans des plaques tubulaires 24 et 26 fixées sur des brides de la virole. Comme on peut le voir sur la figure 4, l'ôtancheitô entre les tubes 22 et la plaque tubulaire 24 est assurée au moyen de bagues 28 comportant une gorge intérieure et une gorge extérieure dans lesquelles sont logés des joints toriques 30 et 32 3 les déplacements longitudinaux des tubes et des bagues sont limités par des épaulements des bagues et des goupilles 34 traversant les extrémités des tubes La liaison entre l'autre extrémité des tubes et la plaque tubulaire 26 est réalisée de la meme façon. Les dômes 12 et i4 comportent des ouvertures centrales qui sont raccordées respectivement à une tuyauterie d'amenée de vapeur non représentée, et à une tuyauterie 36 qui relie la chambre formée par le dôme 14 et la plaque tubulaire 26 à la chambre délimitée dans la virole par les plaques tubulaires 18 et 20. L'espace entre les plaques tubulaires 18 et 24 est relié par une tuyauterie 38 à une cuve 40 surmontée d'une calandre 42 formée d'une virole cylindrique à axe vertical dont la base entoure la partie supérieure de la cuve et est raccordée à celleci et d'un dôme fixé à l'extrômitô supérieure de la virole. Le bord supérieur de la cuve, qui est horizontal, forme déversoir et le liquide qui déborde est recueilli dans l'espace annulaire, à fond incliné, délimité par la cuve et la calandre et est évacué par une tuyauterie 44. Une tuyauterie 46 munie d'une vanne 48 qui est fermée en fonctionnement normal permet la vidange de la cuve. L'espace entre les plaques tubulaires 20 et 26 constitue la chambre d'entrée du liquide à évaporer, Celui-ci circule de bas en haut dans les espaces annulaires formés entre les tubes 16 et 22 où il est partiellement vaporisé, et l'émulsion produite sort entre les plaques tubulaires 18 et 24 et arrive dans la cuve 40. Le liquide qui déborde dans l'espace annulaire entourant le bord supérieur de la cuve est évacué par la tuyauterie 44. La vapeur qui se dégage à la surface libre du liquide est évacué à la partie supérieure de la calandre. Le bord supérieur de la cuve étant placé plus haut que la plaque tubulaire 24, l'espace entre les plaques tubulaires 18 et 24 est constamment plein de liquide. La vapeur de chauffage est admise dans la chambre formée par le dôme 12 et la plaque tubulaire 24 et circule de haut en bas dans les tubes 22 puis est amenée par la tuyauterie36 dans la chambre de vapeur formée entre les plaques tubulaires i8 et 20 où elle se çondense sur la surface extérieure des tubes 16 ; les condensats sont évacués par des sorties 50 et 52. La figure 2 illustre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la calandre 42' est placée au-dessus du corps de ltévaporateur et sa base, dont le diamètre est supérieur à celui de la virole 10', entoure la partie supérieure de cette dernière de façon à former un espace annulaire 54 qui est fermé à son extrémité inférieure par un anneau soudé sur la calandre et la virole ; l'espace 54 communique par des ouvertures percées dans la virole 10' avec la chambre de sortie du liquide formée entre les plaques tubulaires supérieures 18' et 24'. Un déversoir annulaire 56 est placé dans la calandre 42' ; il est constitué par une virole cylindrique de faible hauteur dont le diamètre est infôzieur à celui de la calandre et dont le bord inférieur est raccordé de manière étanche à la paroi de celle-ci ; le seuil du déversoir 56 est placé au-dessus du sommet du dome 12' fixé sur l'extrômitô supérieure de la virole 10', de sorte que celui-ci est noyé dans le liquide, lorsque l'ôvaporateur fonctionne. La chambre de vapeur formée dans la virole 10', entre les plaques tubulaires 18' et 20' est reliée à une alimentation de vapeur et communique par un passage 58 avec la chambre formée par le dôme 12' et la plaque tubulaire 24'. Le liquide à évaporer est introduit dans l'espace entre la plaque tubulaire 20' et 26' et circule de bas en haut dans les canaux à section annulaire formés entre les tubes 16' et 22' où il est partiellement vaporisé, et 1 t émulsion produite sort entre les plaques tubulaires 18' et 24' et pénètre dans l'espace annulaire 54 puis déborde dans l'espace entre le déversoir et la virole d'où il est évacué par la tuyauterie 44'. La vapeur de chauffage est admise dans la chambre formée dans la virole 10' entre les plaques tubulaires 18' et 20' où une partie se condense sur la surface extérieure des tubes 16' l'autre partie pénètre par le passage 58 dans la chambre formée entre le dôme 12' et la plaque tubulaire 24' puis circule de haut en bas dans les tubes 22' ; les condensats sont évacués par les tuyauteries 50' et 52'. La figure 3 illustre une variante dans laquelle le seuil du déversoir 56'est situé à peu près au niveau de la plaque tubulaire supérieure 24". Dans ce cas, le dôme i2 n'est pas immergé dans le liquide et, pour éviter la dégradation thermique des gouttelettes venant en contact avec celui-ci, on l'a Tarecouvert d'un revêtement thermiquement isolant 60 et on l'a protégé par un chapeau 62. L'invention est notamment applicable en sucrerie pour la concentration des jus sucres REVENDICATIONS 1. Evaporateur à tubes coaxiaux comportant un premier ensemble de tubes #verticaux dont les extrémités sont fixées à-des plaques tubulaires supérieure et inférieure et un second ensemble de tubes verticaux dont chacun est disposé coaxialement à l'intérieur d'un tube du premier ensemble et forme avec celui-ci un passage à section annulaire où circule le liquide à évaporer, le fluide chauffant circulant successivement dans les tubes intérieurs du second ensemble et autour des tubes extérieurs du premier ensemble ou vice-versa, caractérisé en ce que les extrémités des tubes intérieurs sont fixées à des plaques tubulaires inférieure et supérieure espacées des plaques correspondantes des tubes extérieurs de façon à délimiter avec celles-ci des chambres d'entrée et de sortie du liquide à évaporer, de manière connue en soi, la chambre de sortie du liquide, qui est délimitée par les plaques tubulaires supérieures, est reliée à une calandre et un régulateur de niveau maintient le liquide dans la calandre à un niveau au moins aussi élevé que celui de la plaque tubulaire supérieure-des tubes inté- rieurs. a. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la calandre est munie d'un déversoir dont le seuil est situé à un niveau au moins aussi élevé que celui de la plaque tubulaire supérieure des tubes intérieurs, 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la calandre est placée au-dessus du corps de-l'évaporateur et, à sa base, la paroi de la calandre a un damètre supérieur à celui du corps de l'évaporateur et entoure le sommet de ce dernier de façon-à former un espace annulaire qui est fermé à son extrémité inférieure et communique avec espace entre les plaques tubulaires supérieures. 4. Evaporateur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le seuil du déversoir est placé à un niveau supérieur au sommet du corps de l'évaporateur, de sorte que toute la partie suprieure de ce dernier est immergée dans le liquide contenu dans la calandre. 5. Evaporateur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le seuil du déversoir est situé à un niveau inférieur au sommet de l'évaporateur et la partie de ltévaporateur située dans la calandre au-dessus du niveau du seuil du déversoir est recouverte d'un matériau thermiquement isolant 6. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre de sortie du liquide est reliée à une cuve qui est surmontée d'une calandre dont la base a un diamètre supérieur à celui de la cuve et entoure la partie supérieure de celle-ci, le bord supérieur de la cuve étant situé à un niveau au moins aussi élevé que celui de la plaque supérieure des tubes intérieurs et formant déversoir. 7. Evaporateur selon la revendication 1,2,3,4,5 ou 6, caractérisé en ce qu'une extrémité au moins des tubes intérieurs est reçue dans des alésages de la plaque tubulaire respective dont le diamètre est nettement supérieur au diamètre extérieur des tubes, et une bague est placée dans chaque alésage, concentriquement au tube, cette bague étant munie d'une gorge extérieure et d'une gorge intérieure dans lesquelles sont logés des joints toriques assurant l'étancheité entre l'alésage et la bague et entre la bague et le tube, respectivement.