Brevet FR2311571A1 — publié le 19761217

La présente invention se rapporte aux évaporateur3 à multiple effet dit isobar. Un appareil d'évaporation, quelque soit son type, fonctionne entre deux limites qui sont la température de la source chaude, par exemple la vapeur de chauffage > etla tempé- rature de la source froide, par exemple le condenseur. Les lois de la thermodynamique apprennent que le ren dement de l'appareil d'évaporation (ce rendement étant le poids en kg de l'eau évaporée par kg de vapeur de chauffage) est d'au tant meilleur que l'on peut décomposer la chute totale de tempé rature disponible en un plus grand nombre de fractions. C'est ce qui est appliqué dans 1 t évaporateur à mul tiple effet ou dans ltévaporateur à détente étagée. Dans ces deux types connus d'installations-, la dégra dation de lténergie calorifique s'effectue par paliers. La présente invention a pour objet un appareil éva porateur dans lequel la dégradation d'énergie s'effectue par contre de manière continue, améliorant ainsi le rendement de l'appareil. Un tel appareil, associé à une source chaude et une -sdUrce froide, est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un échangeur unique 3 surface dans lequel le nombre d'étages de chute de température est illimité entre la source chaude et la source froide, la solution à évaporer y étant véhi culée a contre-courant conjointement avec un gaz vers la source chaude, le gaz saturé d'humidité et après réchauffage dans ladite source chaude circulant ensuite dans 1'échangeur pour y véhiculer la chaleur et transférer des calories à la surface de l'échangeur de façon que la variation de température du mélange gaz-vapeur en chaque point de l'échangeur, entraînant la varia tion des proportions en volume de gaz-vapeur et celle des poten tiels partiels de l'énergie transmise, assure de façon continue le gradient nécessaire å la transmission de chaleur à la sOlu- tionA évaporerlla lasource froide permettant de refroidir le gaz évacué de l'échangeur et de le débarasser de son humidité et un ventilateur ré injectant ce gaz dans la solution à évaporer à son entrée dans ltéchangeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le gaz utilisé pour véhiculer la chaleur tout le long du système dtéchangs, se touve sous une pression uniforme et constante. C'est cette dernière particularité qui justifie la désignation "a multiple effet isobartl de l'appareil. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation d'une installation à évaporateur selon l'invention, donnée à titre d'exemple en référence au dessin annexé dont la figure unique représente de manière schématique l'installation. L'installation comprend un échangeur de chaleur unique E, une source froide C, une source chaude R et un ventilateur V raccordant la source froide a# l'échangeur. L'échangeur E est un échangeur à surface conventionnelle qui peut être monté indifféremment horizontalement ou verticalement. L'alimentation en solution à évaporer se fait à lten- trée A de l'échangeur E, auquel est également raccordée la sortie du ventilateur V qui amène sous pression convenable un gaz extrait de la source froide C. La solution à évaporer est donc dirigée par le gaz vers 11 échangeur et y est chauffée progressivement par une récupération de chaleur qui sera décrite plus loin. Dans l'échangeur, la solution liquide et le gaz s'échauffent et la solution se vaporise par suite de l'absorption de solvant par le gaz qui se sature en humidité en même temps qu'il s'échauffe. A la sortie de l'échangeur E, le mélange gaz et liquide est dirigé vers la source chaude R qui comportera essentiellement un dispositif de réchauffage du gaz et de la solution et un dispositif de séparation de la solution concentrée. Cette dernière est extraite par une tuyauterie B. Un appoint de gaz est fourni en G à l'entrée de la source chaude R pour compenser des fuites ou pertes éventuelles. Le réchauffage ~de la source chaude R est ici réalisé par condensation de vapeur vive alimentée en H, lteau condensée en résultant étant extraite en H'. Il est certain que tout autre moyen de chauffage que la vapeur peut être employé sans inconvénient. Le gaz saturé d'humidité retourne à l'échangeur E à une température supérieure à celle qu'il avait en quittant cet échangeur pour passer dans la source chaude R. Des considérations économiques permettront de fixer l'écart de température de gaz réalisé dans la source chaude R. Le gaz chaud Gr entrant dans l'échangeur E en provenance de la source chaude R va se refroidir au contact de la surface d'échange et y céder la chaleur de vaporisation de lthumi- dité dont il est chargé. Il va se refroidir ainsi de plus en plus le long de l'échangeur, puisqutil sera mis au contact de surface d'échange progressivement de plus en plus froide du fait de la circulation à contre-courant de la solution à chauffer et du gaz à refroidir. A la sortie de l'échangeur E, le gaz humide refroidi G c va à la source froide C refroidie, par exemple, par une circulation d'eau froide entrant en F. La température du gaz est abaissée dans la source froide jusqu'3 une valeur compatible avec son recyclage par le ventilateur V, en même temps que l'humidité condensée est séparée et extraite par une tuyauterie D et l'eau de refroidissement est évacuée en F'. La source froide est figurée par un condenseur refroidi par une circulation d'eau, mais tout autre moyen de refroidissement du gaz peut être employé sans inconvénient. A titre d'exemple, la solution à évaporer est une solution aqueuse et c'est l'eau qui s'évapore. Le gaz arrivant par le ventilateur V pour entrer dans l'échangeur E peut être à une température de 500C ; il peut sortir de l'échangeur E à 7DOC et de la source chaude R à 750C. L'ensemble peut fonctionner sous une pression constante de 3 kg/cm2 absolus. L'étude des tensions partielles de la vapeur d'eau permet d'établir le tableau suivant Pressions partielle mol.Eau Poids d'eau en kg T C Eau Gaz : mol.Gaz mol. de gaz : 75 0,3928 2,6072 0,1506 2,7108 70 0,3175 2,6825 0,1183 2,1294 50 0,1258 2,8742 0,0437 0,7866 On en conclut que la quantité totale d'eau évapore est 2,7108 - 0,7866 = 1,9242 kg, alors que la quantité d'eau évaporée à la source chaude est 2,7108 - 2,1294 - 0,5814 kg soit '5242 = 3S,2 4 de0,5814 1,#242 = 30,2 % de l1évaporation totale. Cela revient à dire, dans le cas où la source chaude est chauffée à la vapeur, que la consommation de vapeur de chauffage sera seulement de l'ordre de 30 % de'l'évaporation totale de l'installation. L'économie d'énergie ainsi réalisée est évidente et correspond sensiblement à celle qui aurait été réalisée dans un évaporateur traditionnel à cinq effets. Sur le plan de la réalisation, un tel appareil peut faire appel à toute technologie connue. La source chaude R peut être réalisée par un évaporateur classique ou par tout appareil ou ensemble d'appareils susceptibles d'assurer un transfert de chaleur et une séparation de liquide et de gaz. De même, la source froide C peut être réalisée par un échangeur classique ou un évaporateur ou tout appareil ou ensemble d'appareils susceptibles d'assurer un transfert de chaleur et une séparation de liquide et de gaz Le ventilateur V qui n'a d'autre rôle que de vaincre les pertes de charge du circuit, peut être de n'importe quel type conventionnel. Le gaz utilisé pour le transport de chaleur peut être un gaz neutre vis-3-vis du liquide traité ou, au contraire, un gaz réactif vis-à-vis de la solution si lton désire réaliser simultané- ment une réaction et une évaporation. Le gaz peut également être un mélange de gaz neutre et de gaz réactif dans le cas où l'on veut contrôler la réaction. REVENDICATIONS 1. Appareil évaporateur ayant une source chaude et une source froide, caractérisé par le fait qutil comprend un échangeur unique à surface (E) dans lequel le nombre d'étages de chute de température est illimité entre la source chaude (R) et la source froide (C), la solution à évaporer y étant véhiculée à contre-courant conjointement avec un gaz vers la source chaude, le gaz (Gr) saturé d'humidité et après réchauffage dans la source chaude tR) circulant ensuite dans l'échangeur (E) pour y véhiculer la chaleur et transférer des calories à la surface de l'échangeur de façon que la variation de température du mélange gaz-vapeur en chaque point de l'échangeur, entraînant la variation des proportions en volume de gaz-vapeur et celle des potentiels partiels de l'énergie transmise, assure de façon continue le gradient nécessaire à la-transmission de chaleur à la solution à évaporer, la source froide (C) permettant de refroidir le gaz (Gc) évacué de 1'échangeur (E) et de le débarasser de son humidité et un ventilateur (V) réinjectant ce gaz sous pression dans la solution à évaporer à son entrée (A) dans l'échangeur. 2. Appareil Evaporateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le gaz (Gc) utilisé pour véhiculer la chaleur tout au long du système d'échange s'y trouve sensiblement sous une pression uniforme et constante. 3. Appareil évaporateur suivant les revendications i et 2, caractérisé par le fait que la source chaude (R) est constituée par tout appareil ou ensemble d'appareils connus chacun en soi, susceptible(s) d'assurer d'une part un transfert de chaleur au gaz et à la solution et d'autre part une séparation de liquide et de gaz et une extraction de la solution concentrée. 4. Appareil évaporateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la source froide (R) est constituée par tout appareil ou ensemble d'appareils connus chacun en soi, susceptible(s) d'assurer un transfert de chaleur et une séparation de liquide et de gaz. 5. Appareil évaporateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le gaz (G > utilisé pour véhiculer la chaleur est réactif vis à vis de la solution traitée. 6. Appareil évaporateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le gaz (G) utilisé pour véhiculer la chaleur est neutre vis à vis de la solution traitée. 7. Appareil évaporateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le gaz utilisé pour véhicules la chaleur est un mélange de gaz neutre et de gaz réactif vis à vis de la solution traitée.