Brevet FR2337688A1 — publié le 19770805

La présente invention se rapporte à un procédé d'évapo- ration utilisant un évaporateur permettant de dimInuer la quantité de vapeur nécessaire à la concentration, jusqu'à so, de soude Je cellules à diaphragmes, cette diminution pouvant atteindra 5 à =V. Les installations ayant les plus hautes perfornances connues à ce jour pour la concentration de la soude de l'élec.ro- lyseur à cellules à diaphragmes, sont à évaporateurs triple effet. Dans ces appareils, si lton r##numérote les effets dans Je sens des pressions de fonctionnement décroissantes (la vapeur de l'effet 1 étant utilisée au chauffage de l'effet 2, etc.), la circu3ation de la lessive de soude est soi-. 3 - 2 - 1 (la lessive à concentration faible est fournie au troisième effet, puis la lessive préconcentrée passe au deuxième effet et la concentration s'achève au premier effet), soit 2 - 3 - I (la lessive à concentration faibli est fournie au deuxième effet, puis passe au troisième effet, enfin, au premier effet). Dans les deux cas, c'est dans le premier effet que la lessive de soude est portée à une concentration légèrement inférieure à 50%, la concentration exacte étant atteinte lors du refroidissement par détente sous vide de la lessive concentrée sortant du premier effet. La raison en est la suivante C'est à la concentration la plus élevée que l'élévation de point d'ébullition est la plus importante ; elle atteint 450C dans un premier effet. Le fait d'avoir dans le premier effet la soude la plus concentrée permet de limiter la pression dans les appareils d'évaporation à une valeur au plus égale à la pression atmosphérique, seule la chambre de vapeur du premier effet étant à une pression supérieure. Cela simplifie la construction des appareils et des circulateurs. Un calcul simple montre que toute autre solution conduirait à avoir un ou deux corps fonctionnant 8 une pression supérieure à la pression atmosphérique Par ailleurs, la concentration n'a jamais été réalisée dans un évaporateur ayant un nombre d'effets supérieur à trois, car on a constaté que si l'on mène l'evaporation finale à une pression supérieure à la pression atmosphérique, on a, par suite de la pra- sence de sulfate de soude dans les solutions, précipitation d'un sel complexe de sulfate et chlorure de sodium et de soude caustique. La cristallisation de ce sel complexe provoque une perte en soude non négligeable et une tendance au salissement rapide des surfaces d'échange. Cette limitation, liée aux valeurs importantes des ele- vations de température d'ébullition de la lessive de soude en cours de concentration dans les effets 2 et 3 d n évaporateur, rend impos sible la réalisation de la concentration dans un évaporateur compo-- tant un nombre d'effets supérieur 3 trois, sans utiliser des arti fices tels qu'une recomnression mécanique de la vapeur entre deux corps d'évaporation. La présente invention a pour objet un procédé d'évaporation permettant de pallier l'inconvénient ci-dessus, en utilisant le fait que les lessives d t électrolyseurs à cellules à diaphragmes ne sont jamais saturées en sel à la sortie des cellules, donc à l'entrez de l'evaporateur. De ce fait on peut réaliser, avant d'atteindre la saturation, une évaporation représentant 30 à 35% de l'evaporation totale, selon le type et le mode de fonctionnement des cellules de l'electrolyseur et suivant la température à laquelle ltévaporation est conduite. Le procédé suivant la présente invention est donc essentiellement caractérisé par le fait qu'un premier stade d'évaporation de la lessive de soude est conduit dans des conditions telles qu'il n'y ait aucune précipitation de sel et s'effectue dans un évaporateur à simple effet pouvant fonctionner à une pression élevée de chauffage et recevant directement la lessive de soude à partir des cellules de l'électrolyseur, et qu'un second stade d'évaporation s'effectue dans un évaporateur à triple effet associé, la circulation de la lessive de soude à concentrer se faisant dans l'ordre 1 - 3 - 4 - 2, où 1 désigne le premier effet concrétisé par l'evaporateur à simple effet et 2, 3, 4 est l'or- dre dans le sens des pression décroissantes des effets de ltévapo- teur à triple effet. L'association de l'evaporateur simple et de ltévapora- teur triple effet forme un "vrai" quadruple effet, par quoi on entend un appareil dans lequel la vapeur sortant de chaque effet est utilisée directement et à la même pression au chauffage de l'effet suivant (sauf pour le dernier bien entendu) et dans lequel quatre effets sont ainsi associés l'un derrière l'autre. D'autres caractéristiques de l'invention essortlront de la description ci-après faite du procédé d'évaporation et d'une installation pour sa mise en oeuvre donnée à titre d'exemple en référence au dessin annexé dont la figure unique représente sohema- tiquement une installation d'évaporation selon l'invention, En se reportant au dessin, on voit que la lessive de soude à concentrer LS arrive à un évaporateur simple Eo qui reçoit la vapeur de chauffage V0.Ce corps d'évaporation dans lequel s'effectue la concentration au-dessous de la saturation, étant place en tête, devient premier effet 1 et peut du fait de la simplification possible de sa conception par rapport aux corps suivants a précipitation", fonctionner sans aucun risque a une pression notablement supérieure à la pression atmosphérique. Comme on le verra plus loin, cette pression est en fait celle de chauffage du corps contenant la soude la plus concentrée. La solution concentrée dans l'evaporateur Eo de premier effet, sort du séparateur S0 de celui-ci et est amenée par un conduit a dans la pompe de circulation P2 du corps d'évaporateur E2 d'un évaporateur triple effet. Ce corps E2 constitue l'effet 3 du vrai quadruple effet que constitue l'association de ltévaporateur simple Eg, et de l'evaporateur triple effet. Après passage dans le séparateur S2, la lessive de soude est acheminée d'une part par le conduit b vers la pompe de circulation P2 pour être recyclée dans l'evaporateur E2, d'autre part le conduit c dans la pompe de circulation P3 et le corps d'évaporateur E3 qui forme l'effet 4 du quadruple effet. Après passage dans le séparateur S3, la lessive concentrée est acheminée d'une part par le conduit d vers la pompe P3 pour être recyclée dans ltévaporateur E3, et d'autre part par le conduit e vers une essoreuse ESS d'où est extrait le sel s qui se trouvait en suspension dans la lessive. Le séparateur S3, se trouve également relié par un conduit f à un condenseur C dans lequel une pompe à vide PV crée une dépression ; les condensats de vapeur venant de S3 sont évacués en La lessive concentrée est transportée de l'essoreuse ESS par le conduit h à la pompe de circulation P1 et le corps d'évaporateur E1, qui constitue l'effet 2 du vrai quadruple effet. L'évaporateur E1 reçoit la vapeur de chauffage V1 sortant du séparateur So de l'evaporateur simple Eg. La vapeur V2sortant du séparateur sl de l'evaporateur E1 est reçue par l'évaporateur E2 qu'elle chauffe, tandis que la vapeur V3 sortant du séparateur S2 est reçue de façon identique par ltévapora- teur E3. Une partie de la lessive concentrée du séparateur S1 de l'évaporateur E1 étant recyclée par le conduit i et la pompe P1vers l'évaporateur Ex, la lessive portée dans le séparateur S1 à une condensation légèrement inférieure à 50%, rejoint tar un conduit @ un détendeur D qui est relié par un conduit 1 au vide créé dans le condenseur C. A la suite du refroidissement par détente dans le détendeur D on obtient la concentration définitive de la soude qui est évacuée en SC. A partir du deuxième effet, c'est-à-dire a' partir de l'evaporateur E1, tout l'appareillage se trouve fonctionner à une pression au plus égale à la pression atmosphérique, ce qui élimine le risque de production de sels complexes. L'évaporation dans le premier effet d'un évaporateur à quadruple effet étant théoriquement de 258 de l'évaporation totale (30% en fait dans le cas particulier ci-dessus décrit), on est assure de rester toujours au-dessous de la limite de solubilité des sels, d'autant plus que l'on se trouve è température assez élevée. L'étude thermique rationnelle de l'evaporateur à quadruple. effet ci-dessus permet, grâce à une utilisation judicieuse de réchauffeurs utilisés de façon bien connue pour le préchauffage de solutions, de réduire d'une valeur pouvant atteindre 20%, la quan tité de vapeur nécessaire par rapport à celle que nécessite le fonctionnement d'un évaporateur à triple effet conventionnel. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé d'évaporation permettant de diminuer la qu2n- tité de vapeur nécessaire à la concentration de soude d'électrolyseurs à cellules à diaphragmes, caractérisé par le faIt qu'un premier stade d'évaporation de la lessive de soude est conduit dans des conditions telles qu'il n'y ait aucune précipitation de sel et s'effectue dans un évaporateur (Eo) à simple effet, pouvant fonctionner à une pression élevée de chauffage(V0)et recevant directement la lessive de soude (LS) à partir des cellules de l'electrolyseur, et qu'un second stade d'évaporation s'effectue dans un évaporateur > triple effet associé, la circulation de la lessive de soude à concentrer se faisant dans l'ordre 1 - 3 - 4 - 2, où 1 désigne le premier effet concrétisé par l'evaporateur à simple effet et 2, 3, 4 est l'ordre dans le sens des pressions décroissantes des effets de l'evaporateur à triple effet. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la lessive (LS) provenant des cellules d'électrolyse est portée dans le premier stade à une concentration inférieure à la saturation en sels à la température de fonctionnement du premier effet (E0). 3,- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le premier effet (Eo) fonctionne à une pression supérieure à la pression atmosphérique. 4.- Procédé d'évaporation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu une utilisation ra#ion- nelle de réchauffeurs pour le préchauffage de la solution permet une réduction importante de consommation de vapeur par rapport à ltéva- poration à triple effet conventionnel. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'application du procédé à une installation existante à évaporateur à triple effet, permet de réaliser une économie de vapeur de chauffage de 20%. 6.-Installation d'évaporation pour la mise en oeuvre du procédé comprenant un évaporateur à triple effet, caractérisé par le fait qu'un évaporateur à simple effet (Eo) est associé à l'éva- porateur à triple effet (E1, E2, E3), les liaisons entre le simple effet et le triple effet permettant la circulation de lessive dans l'ordre 1 - 3 - 4 - 2, où 1 désigne le premier effet concrétisé par l'évaporateur à simple effet et 2, 3, 4 est ltordre dans le sens des pressions décroissantes des effets de l'évaporateur à triple effet.