Brevet FR2355537A1 — publié le 19780120

Lafpresente invention concerne les évaporateurs appe lés "rapides" et en particulier, un perfectionnement à ce type d'évaporateur, destiné à un fonctionnement à vitesses de passage élevées et à basses températures, Dans un évaporateur rapide convéntionnel, employé par exemple pour la distillation de l'eau de merS l-e liquide à dis tiller coule deun étage de distillation å travers un orifice au prochain étage fonctionnant, lui à plus faible pression, une partie du liquide étant vaporisé et tirant l'énergîe nécessaire -à cela de la partie rémanente du liquide qui se refroidit par conséquent.La construction d'un évaporateur conventionnel est montrée schématiquement dans les figs. 1 et 2. Le liquide coule au-dessous de la cloison 13 à l'orifice-12 ass-ocié à la cloison et disposé transversalement au sens de passage. La vapeur est condensée dans le condenseur 11 et le distillat s'accumule dans la cuve 18. Pour un bon fonctionnement de l'installation, il est essentiel que la température du fluide atteigne l'equillbre avec la température règnante de la vapeur, avec une mise en oeuvre de son réservoir d'énergie aussi totale que possible, Dans la pra tique, cet équilibre n'est pas complètement atteint, ce qui dé pend d'un certain nombre de facteurs, tels que la température, le gradient de température entre les différents étages, le dessin de ltorifice, la longueur de L'stage et la quantité de fluide qui passe.Ce dernier facteur, notamment la quantité de liquides joue un rôle très important, en particulier aux basses températures, et lorsque le gradient de pression entre les différents étages est faibles De même ce facteur est très important pour la dis tillation de liquides présentant une viscosité élevée, par exemple lors de la concentration d'eaux usées industrielles.Dans ces conditions, un passage de liquide important implique la décharge d'une couche épaisse de liquide visqueux à travers lforifice dans l'etage de distillation, Etant donné que la pression de la vapeur du liquide ntest que faiblement supérieure à la pression régnante, ctest seulement la couche supérieure qui peut s'évaporer d'une manière satisfaisante, tandis qu'une ébullition du liquide dans les zones plus profondes est empêchée par la chaleur hydrostatique Il en résulte que l'équilibre ntest pas atteints et qu'une partie du liquide passe à travers ltétage de distillation à une température excessives L'un des objets de la presente invention est d'améliorer l'évaporation du liquide en modifiant les données géométriques de ltevaporateur par une réduction de l'épaisseur de la couche de liquide passant à travers l'orifice. Dans des essais de distillation de l'eau à l'aide de la cnaleur résiduaire contenue dans celle-ci, et à des pressions extrêmement basses, par exemple en appliquant l'enseignernent des brevets américains n 3 630 854 ou 8 783 10E la basse pression peut être atteinte en disposant l'vaporateur à une hauteur barométrique située au-dessus du niveau d'eau libre.Si on utilise dans ce cas un dessin conventionnel de ltévaporateur, où le condenseur est placé dans la partie supérieure de l'évaporateur, il faut pomper l'eau de refroidissement jusqu'à une hauteur nonnécessaire on perd ainsi une certaine quantité d'énergie au pompage et on rencontre des difficultés car l'air qui a été résolu dans l'eau de refroidissernent se sépare dans les tubes ou Wondenseur. Un autre objet de la présente invention est d'éviter ces difficultés en disposant le condenseur dans la partie inférieure de l'évaporateurv Aux basses températures, la vapeur a un volume spèci- fique très élevé Ceci entraine la nécessité de prevoir de larges passages pour la vapeur dans ltévaporateur ou de grandes vitesses de passage de la vapeur, Aux vitesses élevées de la vapeur, on court le risque bien connu que des gouttes d'eau sont entrainées avec la vapeur et gâtent la qualité du distillat. Afin d'éviter ceci, on utilise géneralement différents types de séparateurs de gouttes à réseaux de mailles, Cependant, aux basses températures et au fonctionnement des gradients de température extremement faibles, ces séparateurs peuvent provoquer des pertes importantes de pression qui, à leur tour, nécessitent une augmentation de la surface d'échange de chaleur et du coût global de l'installationO Un troisième objet de la presente invention est de prévoir un procédé efficace de séparation de gouttes sans utiliser des séparateurs conventionnels, Selon l'invention ltévaporateur est caractérisé en ce qu'il comprend à l'intérieur d'une coquille d'évaporateur et de parois d'extrémitésy au moins un orifice de passage rapide, agencé de manière à décharger le liquide alimenté en directions différentes par rapport au passage principal de fluide d'un étage à l'autre, au moins un compartiment de passage du fluide à section d'écoulement décroissante vers une extrémité d'un étage d'évaporateur en communication, d'un coté, avec un étage d'évaporateur précédent et, de l'autre côtéS avec lesdits orifices, et au moins un second compartiment à section d'écoulement croissante vers ladite extrémité d'un étage d'évaporateur en communication, d'un c-tét avec lesdits orifices de passage rapide et, de l'autre côté avec un étage d'évaporateur successif, ledit évaporateur comprenant en outre un condenseur-et au moins un passage de vapeur en communication dtun côté, avec ledit second compartiment de passage du fluide, et, de l'autre côté, avec ledit condenseur. L'invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en se référant aux figs. 3 à 7 des dessins annexés dans lesquels : Les figures 3, 4 et 5 sont des vues schématiques en coupe d'un mode de réalisation selon l'invention, destiné à améliorer l'évaporation du liquide. Les figures 6 et 7 donnent l'illustration d'un autre mode de réalisation qui montre également l'agencement du condenseur dans la partie inférieure de l'évaporateur, ainsi que le séparateur de gouttes, Dans les figures 3 à 5 la partie inférieure de l'éva- porateur est subdivisée par la cloison 15 en deux parties : un premier compartiment de passage du liquide, et un second.Le premier compartiment de passage communique avec 1'étage de distillation précédent et, en plus avec les orifices 14 disposés sur les côtés de ltetage de distillation, Le liquide coule du premier compartiment de passage, guidé par les cloisons 16 et 17 vers les orifices 14 å travers lesquels il est déchargé dans le second compartiment de passage au-dessus de la cloison 15. Les compartiments de passage du liquide sont conformés de telle façon que le premier se retrécisse et que le second s'élargisse vers ltextrémité à la sortie de l'étage de distillation. Ainsi, la vitesse de passage moyenne du liquide peut être maintenue à peu près constante. Ta vapeur se condense sur la surface du conoen- seur 11' et le distillat s'accumule dans la cuve 18' d'où il est évacué, Le deuxième compartiment de passage du fluide est en communication avec le premier compartiment de passage du prochain étage de distillation dans lequel le liquide à distiller s'écoule. Les orifices 14 peuvent être disposes le long-des parois latérales, et se décharger les uns Envers les autres, comme dans le mode de réalisation précédent, Si le fond de L'étage de distillation est carré, par exemple, on obtient la double largeur de passage, comparée à la disposition conventionnelle, et ceci implique à son tour que ltépaisseur de la couche~de liquide~est réduite à la moitié.Mais les orifices peuvent être disposés suivant bien d'autres formes encore ils peuvent entre parralèles opposés, croisés ou s'étendre dans toute direction arbitraire, en fonction de la forme de ltévaporateur dans ses autres parties. L'essentiel est qu'ils permettent de régler, sur une gamme très vaste, ltépaisseur de la couche de liquide déchargée, AU fonctionnement à basse pression et avec des gradients de température faibles entre les étages, le gradient de pression entre les étages est minime - seulement quelques centimètres de colonne d'eau. I1 est alors possible d'accélérer le passage de liquide à travers les orifices, et l'évaporation du liquide, en disposant les orifices de ltétage de distillation suivant à un niveau plus bas que les orifices de l'étage précédente Les figures 6 et 7 montrent un mode de réalisation avec deux orifices parallèles 20 en direction longitudinale de ltéva- porateur.La cuve 23 de ltévaporateur est subdivisée par la cloison 19 dans un premier compartiment de passage de liquide 232 et un second compartiment 24. Le liquide à distiller peut accéder du premier compartiment au second seulement à travers les canaux de passage 21 et les orifices 20. A la décharge des orifices 20, le liquide s'évapore et la vapeur passe dans un passage de vapeur 26 défini par la coquille 10 et la cuve 22 de l'évapo- rater, ledit passage étant de forme courbée, et délimité par deux arcs circulaires.De cette manière, les gouttes d'eau entrat- nées par la vapeur sont soumises d une force centrifuge du fait de la vitesse relativement élevée de la vapeur et se déposent sur la surface intérieure de la coquille 10". Elles coulent vers le bas le long de cette surface, et s'accumulent dans la cuve 27 d'où elles sont évacuées à travers le tube 28. La vapeur pure continue å couler vers le condenseur 11" où elle se condense, et s'écoule sous forme de liquiae-à travers le tube 25 Le condenseur se trouva placé au fond de l'évaporateur au-dessous du niveau d'eau libre dans ltévaporateur, évitant ainsi que l'eau de refroidissement drive être pompée vers le haut, et que l'air résolu à cause du vide qui se produit ne doit pas être séparé, Bien entendu l'invention ntest pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentes ici mais on pourra y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Evaporateur rapide, caractérisé en ce qu'il comprends à l'intérieur d'une coquille d'évaporateur et de parois d'extrémités, au moins un orifice de passage rapide, agencé de manière à décharger le liquide alimenté en directions différentes par rapport au passage principal de fluide d'un étage å l'autre, au moins un compartiment de passage du fluide à section d'écoulement décroissante vers une extrémité d'un étage d'évaporateur en communication, d'un côté, avec un étaye d'évaporateur précédent ets de l'autre côté, avec lesdits orifices, et au moins un second compartiment à section d'écoulement croissante vers ladite extré mité d'un étage d'évaporateur en communication, dtun c8té, avec lesdits orifices de passage rapide ets de l'autre coté, avec un étage d'évaporateur successif, ledit évaporateur comprenant, en outre, un condenseur et au moins un passage de vapeur en communication d'un côté, avec ledit second compartiment de passage du fluides et, de l'autre coté, avec ledit condenseur. 2.- Evaporateur rapide selon la revendication 1 carac térisé en ce qu2 ledit condenseur est disposé à un niveau sensiblement plus bas que le niveau d'eau libre dans ledit second compartiment de passage. 3.- Evaporateur rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits passages de vapeur ont une forme courbée et sont en communication, d'un côtés avec ledit second compartiment de passage du fluide et, de l'autre côté, avec ledit condenseur, des cuves pour l'accumulation de gouttes d'eau étant disposées sur la périphérie extérieure desdits passages de vapeur. 4.- Evaporateur rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de passage rapide dans un étage de ltévaporateur sont disposés à un niveau plus bas que les orifices de passage rapide de ltetage précédent de ltévaporateurO