Brevet FR2350123A1 — publié le 19771202

La présente invention se rapporte aux constructions mécaniques pour l'industrie chimique et notamment aux évaporateurs à film liquide à rotor utilisés autant dans l'industrie chimique que dans les branches voisines à cette industrie pour la concentration et la distillation des produits organiques non résistants à la chaleur de même que pour la réalisation des réactions chimiques. L'évaporateur peut aussi trouver une application pratique par exemple à la production des semi-produits pour les matières plastiques, les matières grasses synthétiques artificielles, les moyens de protection des plantes, dans les industries microbiologique, alimentaire, pharmaceutique et de production des vitamines. A l'heure actuelle, on connaît des évaporateurs à film liquide à rotor dans lesquels la couche mince de liquide à évaporer est créée sur la surface d'échange calorifique au moyen de dispositifs pulvérisateurs disposés sur l'arbre central. On connait, par exemple, un évaporateur à film liquide. à rotor comportant un corps vertical divisé en sections ayant une paroi latérale réchauffée à l'aide de chemises de chauffage et muni d'un arbre central tournant. Entre les sections se trouvent des saillies coniques dirigées vers l'intérieur et servant de moyens pour l'accumulation du produit évaporé s'écoulant des parois des sections supérieures et pour son amenée vers les sections inférieures. L'arbre central porte, directement au-dessous des saillies, des dispositifs pulvérisateurs en forme de disques dans lesquels sont ménagés des orifices pour le passage de la vapeur. Au-dessus du disque pulvérisateur supérieur est disposé un moyen servant à y amener le produit à évaporer. La partie supérieure du corps est élargie et joue le rôle d'un dispositif séparateur servant à séparer la vapeur formée dans l'évaporateur des gouttes de liquide.Dans la partie supérieure élargie du corps, il y a un dispositif pour évacuer la vapeur hors de l'évaporateur, tandis que, dans la partie inférieure du corps, se trouve un dispositif servant à en évacuer le concentré. L'évaporateur connu précité fonctionne de la façon suivante. Le produit à évaporer est amené sur le disque pulvérisateur supérieur et il est repoussé par la force centrifuge vers la surface intérieure de la paroi latérale réchauffée de la section supérieure du corps où il forme un film de liquide descendant qui s'évapore d'une manière intense surtout aux en#r En s'écoulant le long de la section, le liquide arrive sur la surface des saillies conique à partir desquelles il passe sur le disque pulvérisateur inférieur, où commence la répétition du processus. Dans la partie supérieure élargie du corps, les vapeurs formées se séparent des gouttes de liquide et sont évacuées hors de l'évaporateur, tandis que le concentré, qui s'écoule en bas, est évacué hors de la partie inférieure du corps. Cependant, dans cette construction de l'évaporateur, chaque dispositif pulvérisateur arrose une bande très étroite de la surface intérieure de chaque section, tandis que le reste de cette section est mouillé par le liquide qui s'écoule librement. Cela réduit le rendement de l'évaporateur. Etant donné que le dispositif séparateur, qui est nécessaire pour séparer la vapeur formée des gouttes du liquide à évaporer doit avoir des dimensions déterminées, il réduit la hauteur d'évaporation utile du corps de l'évaporateur. En outre, les gouttes du produit entraînées par la vapeur depuis des sections inférieures vers la partie supérieure sont nié langées avec le produit de départ, ce qui augmente considérablement la durée de séjour du produit dans la zone de températures élevées et, par conséquent, augmente les pertes dues à la décomposition thermique. La capacité d'évaporation de l'appareil peut etre augmentée lorsque le liquide à évaporer est pulvérisé sur toute la surface des sections et lorsque cette surface est exposée en continu à l'action des jets de liquide. Cela est réalisé dans la construction d'un autre évaporateur à film liquide à rotor connu dans laquelle les dispositifs pulvérisateurs sont faits sous forme de tambours creux disposés sur un arbre. La paroi latérale du tambour pulvérisateur est ondulée et sur les saillies et dans les creux des ondulations sont ménagés des orifices servant respectivement à assurer la pulvérisation du liquide et le passage de la vapeur à l'intérieur du tambour. Le liquide introduit dans le tambour s'écoule par les canaux triangulaires verticaux formés par les ondulations et il est projeté à travers les orifices sur les parois réchauffées de la section correspondante du corps. Les orifices pour la pulvérisation du liquide sont ménagés suivant une hélice, ce qui permet d'assurer un mouillage régulier de toute la surface d'échange calorifique. Cependant, comme celle mentionnée plus haut, une telle construction de l'évaporateur à film liquide à rotor ne permet pas d'éviter l'influence nocive du mélangeage inverse du liquide à évaporer et exige la présence du dispositif séparateur. La présente invention se propose de créer un tel évaporateur à film liquide à rotor dans lequel les tambours pulvérisateurs assureraient, outre la pulvérisation du liquide à évaporer, la séparation des vapeurs formées des gouttes du liquide à évaporer, ce qui permettrait d'éviter l'emploi du dispositif séparateur et le mélangeage inverse du liquide à évaporer. Ce problème est résolu du fait que dans un évaporateur å film liquide à rotor, comportant un corps cylindrique vertical pourvu d'une paroi latérale réchauffée au moyen de chemises de chauffage et d'un arbre central, ce corps étant divisé suivant la hauteur en sections communiquant l'une avec l'autre et dont chacune comporte un tambour pulvérisateur creux fixé coaxialement à l'arbre, l'évaporateur étant muni d'un dispositif sérvant à amener le produit liquide à évaporer dans la partie supérieure du corps, d'un dispositif servant à évacuer le concentré hors de la partie inférieure du corps, de dispositifs montés entre les sections et destinés à accumuler le liquide à évaporer s'écoulant depuis la paroi du corps de la section supérieure et à amener à l'intérieur du tambour pulvérisateur de la section inférieure et d'un dispositif servant à évacuer la vapeur hors de l'espace intérieur du corps, selon l'invention, la paroi latérale du tambour pulvérisateur est formée par des barres longitudinales particulières ayant une section transversale profilée en S et disposées de façon que les bords longitudinaux de ces barres s'engagent dans les flexions des barres voisines en formant des passages à labyrinthe pour la vapeur, tandis que des orifices pour le passage du liquide sont ménagés dans les tronçons de barres les plus éloignés de l'arbre. L'évaporateur à film liquide à rotor proposé est pourvu d'un tambour pulvérisateur qui assure la séparation des vapeurs formées simultanément avec l'arrosage de toute la surface d'échange calorifique. A Cet effet, on a recours au changement de direction de mouvement de la vapeur dans les passages à labyrinthe pour séparer les gouttelettes de liquide emportées par la vapeur qui se dirige depuis la surface d'évaporation vers le centre du tambour. Les gouttes de liquide emportées ensemble avec la vapeur se déposent sur la surface extérieure du tambour pulvérisateur et sont rejetées sur la surface d'échange calorifique pratiquement au meme endroit d'où elles ont été emportées.Par conséquent, le mélangeage inverse du liquide devient plus faible et le temps maximal de séjour du liquide à l'intérieur de l'évaporateur diminue plus de deux fois en comparaison avec les évaporateurs connus pourvus de dispositifs séparateurs particuliers, ce qui améliore considérablement la qualité du produit. Généralement, un dispositif séparateur occupe près de 30% de la hauteur utile de l'évaporateur. L'élimination du dispositif séparateur de ltévaporateur proposé permet d'élever le rendement de l'évaporateur de dimensions pareilles de 20% environ et de réduire de 15X la consommation du métal à la construction d'un évaporateur. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples de sa réalisation avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale, un évaporateur à film liquide à rotor, suivant l'invention; - la figure 2 est une vue, en coupe transversale, du tambour pulvérisateur (échelle agrandie) suivant l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2; - les figures 4 et 5 illustrent les variantes de réalisation des barres formant le tambour pulvérisateur, vue en coupe transversale, suivant l'invention. L'évaporateur à film liquide à rotor comprend un corps cylindrique vertical 1 (figure 1) divisé suivant la hauteur en sections 2 communiquant l'une avec l'autre. La paroi latérale du corps 1 est réchauffée au moyen des chemises de chauffage 3. Les chemises 3 sont pourvues de tubulures 4 servant à amener dans ces chemises la vapeur de chauffage et de tubulures 5 destinées à en évacuer le condensat. L'évaporateur est muni d'un dispositif pour amener le produit liquide à évaporer dans la partie supérieure du corps 1, comprenant une tubulure 6, d'un dispositif servant à évacuer le concentré hors de la partie inférieure du corps 1, comprenant une tubulure 7 et d'un dispositif comprenant une tubulure 8 pour évacuer les vapeurs depuis l'espace intérieur du corps 1. Dans le corps 1 est installé un arbre central 9 sur lequel sont fixés coaxialement des tambours pulvérisateurs creux 10. L'arbre 9 tourne dans des paliers à roulement 11 et 12 et il est pourvu d'une poulie de commande 13. Entre les sections 2 du corps l sont montés les dispositifs pour l'accumulation du produit à évaporer s'écoulant de la paroi de la section supérieure 2 et pour son amenée à l'intérieur du tambour pulvérisateur 10 de la section inférieure 2. Ces dispositifs réalisés en forme d'auvents de guidage 14 ayant la forme d'un cne tronqué peuvent aussi etre réalisés, par exemple, en forme de gorges (non représentées sur les dessins). Chaque tambour pulvérisateur 10 est pourvu d'un disque supérieur 15 et d'un disque inférieur 16 et sa paroi latérale est formée par des barres longitudinales particulières 17 (figures 2 et 3) fixées aux disques 15 et 16 et dont la section transversale est en forme de S. Sur le disque supérieur 15 (figure 2) est ménagé un évidement en forme de cuve 18 servant à accumuler le liquide s'écoulant de l'auvent de guidage 14 (figure 1) disposé au-dessus de cet évidement. Les orifices 19 ménagés dans le disque 15 en face des barres 17 servent de passages pour l'entrée du liquide de l'évidement 18 (figure 2) à l'intérieur du tambour pulvérisateur 10. Dans les tronçons des barres 17 les plus éloignés par rapport à l'arbre 9 sont ménagés des orifices 20 pour le passage du liquide. Pour le passage de la vapeur, qui monte à l'intérieur de l'évaporateur, le disque supérieur 15 est pourvu d'une ouverture 21 et le disque inférieur 16 est muni d'orifices 22. Les barres 17 sont disposées de façon que leurs bords longitudinaux 23 et 24 (figure 3) s'engagent dans les flexions des barres voisines 17 en formant ainsi, entre les barres, des passages à labyrinthe 25 pour la vapeur. Le profil en forme de S des barres 17 peut etre courbe. au droit des tronçons extérieurs présentant les orifices 20, comme c'est montré sur la figure 3, mais il peut aussi entre droit comme, par exemple, le profil des barres 26 (figure 4) ou le profil des barres 27 (figure 5), qui a un angle aigu au sommet le plus éloigné par rapport à l'arbre. Le profil des barres 17 (figure 3) assure une résistance au passage de la vapeur plus faible en comparaison avec le profil des barres 26 (figure 4); cependant, ce dernier assure un changement brusque de la direction de mouvement de la vapeur et, par conséquent, une meilleure séparation. Le profil des barres 27 (figure 5) rend les conditions d'ecou liement du liquide le long des barres 27 plus favorables. L'évaporateur à rotor à film liquide fonctionne de manière suivante Le liquide à évaporer est amené à travers la tubulure 6 (figure 1) dans le tambour pulvérisateur supérieur 10, qui tourne ensemble avec l'arbre 9 dans les paliers de roulement 11 et 12. Le produit pénètre dans l'évidement en forme de cuve 18 (figure 2) pratiqué sur le disque supérieur 15 et, sous l'action de la force centrifuge, il en est expulsé à travers les orifices 19 et plaqué contre la surface intérieure des barres 17. En s'écoulant en bas sous l'action de la pesanteur, le liquide arrive devant les orifices 20, à travers lesquels, sous forme de jets, il est rejeté dehors avec force. Les jets de liquide arrivent sur la paroi latérale du corps 1 (figure 1) chauffée par l'agent de transfert de chaleur amené dans les chemises 3.Le liquide s'évapore plus intensivement car l'action mécanique des jets intensifie considérablement le processus. La partie non évaporée du liquide s'écoule sur la surface intérieure de chaque section 2 et est dirigée par l'auvent 14 dans le tambour pulvérisateur 10 de la section inférieure 2 où le processus se répète. Le concentré s'écoule dans la partie inférieure du corps 1 et il est évacué hors de l'évaporateur à travers la tubulure 7. Les vapeurs formées au cours de l'évaporation et chargées de gouttelettes de liquide passent à travers les passages à labyrinthe 25 (figure 3) entre les barres. Le changement brusque de la direction de mouvement de la vapeur a pour conséquence que les particules de liquide se déposent sur la surface extérieure des barres 17 et, sous l'action de la force centrifuge, sont rejetées en arrière sur la surface intérieure de la section 2 correspondante, pratiquement au même endroit d'où elles-ont été emportées. Ceci représente un grand avantage car on arrive ainsi à éviter le mélangeage inverse du liquide dans l'évaporateur. La vapeur, séparée dans les passages à labyrinthe 25 des particules de liquide, arrive dans la cavité intérieure du tambour pulvérisateur 10 et, après avoir traversé les ouvertures 22 et 21 (figure 2) ménagées dans les disques 16 et 15, arrive dans la partie supérieure du corps 1 d'où elle est évacuée dehors à travers la tubulure 8. REVENDICATION Evaporateur à film liquide à rotor, comprenant un corps cylindrique vertical dont la paroi latérale est réchauffée au moyen de chemises de chauffage et un arbre central, ce corps étant divisé suivant la hauteur en sections, communiquant l'une avec l'autre, dont chacune comporte un tambour pulvérisateur creux fixé coaxialement à l'arbre, l'évaporateur étant muni d'un dispositif servant à amener le produit liquide évaporer dans la partie supérieure du corps, d'un dispositif servant à évacuer le concentré hors de la partie inférieure du corps et de dispositifs montés entre les sections et destinés à accumuler le liquide à évaporer, qui s'écoule depuis la paroi du corps de la section supérieure, et à l'amener à l'intérieur du tambour pulvérisateur de la section inférieslte, de meme que d'un dispositif servant à évacuer la vapeur hors de llespace intérieur du corps, caractérisé en ce que la paroi latérale du tambour pulvérisateur est formée par des barres longitudinales particulieres ayant une section transversale profilée en S et disposées de façon que les bords longitudinaux de ces barres s'engagent dans les flexions des barres voisines en formant des passages à labyrinthe pour la vapeur, tandis que des orifices pour le passage du liquide sont ménagés dans les tronçons de barres Les plus éloignés de l'arbre.