Brevet FR2354811A1 — publié le 19780113

La présente invention se rapporte aux appareils de cristallisation des solutions liquides par voie de leur évaporation ou refroidissement. A l'heure actuelle de tels appareils sont largement utilisés,par exemple dans les industries chimiques et alimentaires, pour la cristallisation des solutions liquides, qui s'effectue jusqu'à l'obtention dtun produit ayant l'apparence d'une masse cristalline fluide. Cela s'obtient par leur évaporation ou refroidissement en fonc tison de la température de l'agent caloporteur amena dans les échangeurs de chaleur faisant partie de l'appareil. Dans le brevet n 3321282 délivré aux Etas-Unis d'Amérique il est décrit un appareil dont la cavité du corps est divisée par des cloisons transversales en plusieurs compartiments. Afin d'amener dans lappa- reil le liquide à traiter,il est prévu une tubulure et par ailleurs une tubulure desthée à évacuer le produit obtenu. Du côté extérieur du corps de l'appareil un échangeur de chaleur est disposé en regard de chaque compartiment respectivement. L'appareil est doté d'un dispositif servant & agiter la solution à traiter. Ce dispositif est un arbre horizontal disposé le long de l'appareil et qui porte, montées de manière excontrique,des pales articultes. L'agitation de la solution permet d'égaliser la tempe- rature suivant le volume total de ladite solution. Cependant, durant le fonctionnement de l'appareil lors de la cristallisation de la solution liquide il se produit la ddposition de sels sur la surface intérieure du corps de l'appareil. A la suite de la déposition des sels, l'échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur avec la solution liquide est perturbé ce qui à son tour, rend le fonctionnement de l'appareil moins efficace. Pour cette raison, afin de débarrasser la surface int4- rieure du corps de l'appareil des dépits de sels, on arrSte périodique ment l'appareil, on débranche les échangeurs de chaleur, on en évacue la solution et on débarrasse la surface intérieure du corps de l'appareil des sels déposés. Par suite de ces arrWts on perd beaucoup de tempe qui pour rait être utilisé pour le fonctionnement de l'appareil. Dans le brevet n 1075919 délivré en Grande-Bretagne il est décrit un appareil de cristallisstion des solutions liquides dans lequel sont utilisés des échangeurs de chaleur suspendus qui sont disposés dans la cavité du corps de l'appareil. Ces échangeurs de chaleur sont des éléments du type de chambres destinées à laisser passer un agent de refroidissement. Le long du corps dudit appareil il y a un arbre sur lequel sont engagés des disques (pales ayant la forme triangulaire), ces disques étant, disposés entre les éléments faisant partie des échangeurs de chialeur, la distance, les séparant, étant considérable. I1 est évident qu' & la période initiale du fonctionnement d'un tel appareil l'échange thermique, entre l'agent de refroidissement et la solution liquide que l'on soumet 9 la cristallisation, sera suffi- samment efficace. Toutefois, dans ce ca > il se produit la déposition des sels sur la surface extérieure des échangeurs de chaleur, la quantité des sels déposés devenant de plus en plus considérable et > de ce fait, l'échange de chaleur devient moins efficace et le fonctionnement de l'appareil n'est plus satisfaisant. On a essayé d'éliminer les dépôts de sels de la surface extérieure des échangeurs de chaleur sans arrenter l'appareil. Ainsi, par exemple, dans le brevet n 1057569 délivré en République Fédérale d1Allemagne il est décrit un appareil dans la cavité du corps duquel est disposé, au moins, un échangeur de chaleur réalisé sous forme d'un coffret, Deux arbres sont passés à travers ledit.coffret.Sur ces arbres sont montées des pales possédant des grattoirs pour débarrasser les parois planes extérieures opposées du coffret des dépôts de sels. La présence dans le cadre de l'appareil des pales et des grattoirs permet d'assurer l'agitation de la solution et l'élimination des sels déposés d'une partie de la surface des échangeurs de chaleur. Cependant il est assez difficile d'assurer l'étanchéité de l'assemblage entre les arbres tournants et les corps des échangeurs de chaleur, cet assemblage étant tel qu'il ne garantit par le fonctionnement prolongé de l'appareil. Les appareils de cristallisation de solutions liquides, utilisés jusqu'à présent, sont équipés d'échangeurs de chaleur ayant la surface d'échange thermique très peu développée, les sels se déposent très vlte, et c'est pourquoi les appareils en question fonctionnent périodi- quement et ne sont pas susceptibles d'assurer un haut rendement tout en étant rentables. De plus, la qualité d'agitation de la solution liquide à cristalliser n'est pas satisfaisante. En tenant compte de ce qui précède il est évident qulil est indispensable d'apporter des perfectionnements a l'appareil de cristallisation des solutions liquides. La présente invention vise le but d'éliminer les inconvénients susmentionnés. On s'est proposé de créer un appareil de cristallisation des solutions liquides,dont la forme des échangeurs de chaleur et des pales, destinées à débarrasser les échangeurs de chaleur des dépits de sels, assurerait le fonctionnement prolongé et efficace de l'appareil. Le problème posé est résolu du fait de la création d'un appareil de cristallisation des solutions liquides comportant un corps creux avec tubulures servant respectivement amener la solution de départ et b évacuer séparément les produits obtenus et un arbre disposé horizontalement dans le corps ét portant des pales qui y sont fixées rigidement et qui sont prévues pour agiter la solution liquide et débarrasser des dépits de sella surface extérieure de l'échangeur de chaleur ayant une cavité pour le passage de agent caloporteur et dans lequel, selon l'invention, l'arbre susmentionné est situé en dehors de la cavité de l'échangeur de chaleur qui est balisé de façon à avoir des parties faisant saillie du c8té de l'arbre portant les pales, aux arêtes desquelles est donnée une forme assurant leur contact avec la surface débarrasser des dépits de sels de l'échangeur d'- chaleur. Une telle disposition de l'arbre portant des pales, par rapport à l'échangeur de chaleur, permet de rendre le fonctionnement de l'appareil plus fiable. L'augmentation de la surface de l'échangeur de chaleur, du fait qu'il est réalisé avec les parties faisant saillie permet d'améliorer le transfert de chaleur et, par conséquent, d'augmenter le rendement de l'appareil. Outre cela, la longueur de la ligne de contact, entre les arêtes des pales et la surface de l'échangeur de chaleur à débarrassèr des dépits de sels, est telle qu'elle permet d'éliminer les déptts de sels essentiellement sur toute la surface de-l'échangeur de chaleur influant sur le taux de transfert de chaleur. I1 est avantageux que les pales voisines montées sur l'arbre soient disposées dans des sens opposés diamétralement, l'une par rapport à l'autre. Une telle disposition des pales sur l'arbre permet de répartir réguliàrement la charge s'exerçant: sur ledit arbre lors de l'agitation de la solution et de l'élimination des dépits de sels de la surface de ltéchangeur de chaleur. Il est possible de réunir les pales en un cadre plat non ferméacu panneau échancré, disposé radialement le long du corps creux cylindrique de l'appareil, tandis que dans la cavité de l'échangeur de chaleur doivent etre réalisées des cloisons constituant un canal en forme de boucle destiné à laisser passer l'agent caloporteur a travers les parties faisant saillie de l'échangeur de chaleur qui sont successivement mises en commùnication. Un tel cadre permet de débarrasser des dépôts de sels,avec le maximum d'effet, les surfaces de l'échangeur de chaleur et du corps de l'appareil et, par consequent, d'assurer le fonctionnement prolongd de l'appareil, le taux de transfert de chaleur étant constant. La présence des canaux dans la cavité de l'échangeur de chaleur permet d'augmenter la vitesse de passage de l'agent caloporteur et, par conséquent, d'assurer un taux élevé de transfert de chaleur. I1 est possible de donner aux côtés latéraux des parties faisant saillie de l'échangeur de chaleur une forme en U. Dans ce cas, la surface de l'échange de chaleur augmente sensiblement et s'élève le niveau de remplissage de la cavité du corps de l'appareil par la solution, et cela permet d'accrottre considérablement le rendement de l-'appareil, Il est non moins avantageux de donner aux côtés latéraux des parties faisant saillie de l'échangeur de chaleur la forme d'un secteur de cercle. Une telle forme des parties de l'échangeur de chaleur est préférable en cas de traitement des solutions dont le niveau doit être maintenu au-dessous du niveau de dispositton de arbre portant les pales. Il est avantageux de réaliser la surface intérieure de la paroi latérale du corps creux de révolution tandis qu'en ce qui con- cerne la paroi nMeme il est préférable qu'elle soit réalisée double de façon à former une cavité supplémentaire pour le passage de l'agent calo porteur, ladite cavité atteignant essentiellement le niveau proche du niveau de la solution dans le corps creux-de I'appareil. La cavité formée par la paroi-double permet d'augmenter la surface de transfert de chaleur et, par conséquent, d'accrottre l'efficacité du fonctionnement de l'appareil et,avec cela, la paroi peut entre complètement débarrassée des dépits de sels au moyen de I'ar8te de la pale. I1 est possible de réaliser le corps de l'appareil en forme de ctne tronqué et d'y monter, du c6té de la base, l'échangeur de chaleur réalisé sous forme d'une douille dont la paroi est une partie faisant saillie de l'échangeur de chaleur disposée coaxialement par rapport a l'arbre, le long duquel on peut fixer la pale ayant la forme d'un plan disposé radialement avec une entaille a proximité de l'ar2te, cette entaille étant suffisante pour y introduire la partie faisant saillie de l'échangeur de chaleur, tout en respectant la valeur du jeu nécessaire pour assurer la rotation de la pale et l'élimination des dépits de sels des surfaces, devant entre nettoyées,de l'échangeur de chaleur et du corps de l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris A la lecture de la description détaillée qui va suivre d'exemples préférés de réalisation de l'appareil de cristallisation de solutions liquides, et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un appareil selon l'invention, vu en coupe longitudinale avec des arrachements prés de la base des pales, - la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une coupe suivant la ligne lIT-lIZ de la figure 1, - la figure 4 représente une variante de l'appareil, comportant des parties de l'échangeur de chaleur ayant les parois latérales en forme de U et en forme de secteurs, vue en coupe longitudinale, - la figure 5 est une coupe suivant la linge V-V de la figure 4, - la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4, - la figure 7 représente une autre variante de l'appareil dont le corps a la forme du ctne tronqué, tandis que l'échangeur de chaleur est réalisé sous forme d'une douille, vue en coupe longitudinale, et - la figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7. Exemple 1 L'appareil de cristallisation des solutions liquides possède un corps creux 1 (figures 1, 2 et 3) avec des tubulures dont une tubulure 2, destinée å l'amenée dans le corps creux 1 de la solution de départ, une tubulure 3 assurant l'évacuation du produit obtenu, par exemple, de la masse cristalline ou de la suspension, et une tubulure 4 servant à évacuer de la vapeur. Dans la cavité 5 du corps 1 est monté, en position hori zontale, un arbre 6 sur lequel sont rigidement fixées des pales 7 des tinées & assurer l'agitation de la solution et l'élimination des dépits de sels de la surface extérieure de l'échangeur de chaleur 8. L'échangeur de chaleur 8 passade une cavité 9 prévue pour le passage de l'agent caloporteur, arrivant a l'intérieur des parties 10 faisant saillie de l'échangeur do chaleur, lesdites parties faisant saillie étant successivement mises en communication, Dans le cas de l'exemple considéré chaque partie 10 de l'échangeur de chaleur 8 possible une tubulure 11 assurant l'amende de l'agent caloporteur et une tubulure 12 destinée à évacuer ledit agent caloporteur. L'arbre 6 porte les pales 7 qui sont disposées en dehors de la cavité 9 de l'échangeur de chaleur 8 et, avec cela, aux arêtes des pales 7 est donnée une forme assurant leur contact respectivement avec les surfaces de l'échangeur de chaleur 8 et du corps creux 1. Entre les arStes des pale 7 et les surfaces respectives de l'échangeur de chaleur 8 et du corps creux 1 il est prévu un jeu aux fixant pour la rotation des pales 7 et assurant l'élimination des dépits de sels des surfaces susmentionnées. Dans l'exemple considéré de réalisation de l'invention les pales voisines 7,qui sont montées sur l'arbre 6, sont disposées en sens diamétralement opposés, l'une par rapport à l'autre. Cependant, les pales voisines 7 peuvent également autre disposées sous un angle qui est essentiellement voisin de 900, la valeur de cet angle dependant des propriétés de la solution à traiter. La surface de travail de chaque pale 7 montée sur l'arbre 6 est disposée sous un angle permettant de rendre plus facile de déplacement de la solution liquide dans la direction de la tubu lure 3 destinée à évacuer le produit fini. A proximité de la tubulure d'évacuation 3 il y a des grattoirs 13 montés sur l'arbre 6 et destinés à évacuer le produit obtenu hors de la cavité du corps I de l'appareil. Sur la paroi latérale du corps 1, dans le plan de la rotation des grattoirs 13, est fixé un couteau de déchargement 14 (figure 3) servant a débarrasser les grattoirs 13 des dépits de sels et il y a un orifice de déchargement 15 qui met en communication la cavité du corps 1 de l'appareil avec la cavité de la tubulure d'évacuation du produit fini 3. Dans la partie supérieure de la cavité du corps 1 il y a une cloison verticale transversale 16 (figure 1) qui n'atteint pas le fond, mais qui est plongée dans la solution et qui assure l'arrivée de la vapeur dans la tubulure 4. Dans la cavité de l'échangeur de chaleur 8 il y a une cloison 17 formant un canal 18 destiné à laisser passer l'agent caloporteur, par exemple, la vapeur d'eau. L'appareil de cristallisation des solutions liquides fonctionne de façon suivante. On amène dans la cavité 5 du corps 1 une solution liquide qui arrive à travers la tubulure 2 (figure 1). Ensuite, à travers la tubulure correspondante 11 (figure 2) on amans dans la cavité 9 de chaque dchanw geur de chaleur 8 un agent caloporteur, par exemple la vapeur d'eau qui passe travers le canal en forme de boucle 18 et sort a travers la tubulure 12. Par l'intermédiaire des cOtés latéraux des échangeurs de chaleur 8, la chaleur est transmise à la solution liquide qui, durant le chauffage, s'évapore jusqu'à la formation d'une suspension cristalline et de la vapeur. On actionne une commande (non représentée sur les dessins) de rotation de l'arbre 6 (figure 1) ensemble avec les pales 7 qui y sont montés rigidevent. La vapeur est évacuée à travers la tubulure 4. Au cours de leur rotation les pales 7 agitent la solution liquide à traiter et transportent, au fur et & mesure de l'évaporation, la suspension cristalline dans la direction de la tubulure 3. En agitant et en transportant simultanément la solution & cristalliser, les pales 7 débarrassent, par leurs atttes latérale, la surface extérieure de l'chaa- geur de chaleur 8 des sels déposes sur ladite surface lors de l'évaporation de la solution liquide. Il en résulte que la surface de l'échangeur de chaleur 8 reste intacte, ce qui permet d'assurer un haut taux de transfert de chaleur. L'élimination des cristaux s'effectue par l'intermédiaire des grattoirs 13 à travers l'orifice 15 et lesdits cristaux arrivent dans la tubulure 3 et, avec cela, le couteau 14 permet de rendre plus complète l'élimination du produit hors du grattoir 13 et de débarrasser ce dernier des dépits de sels. Dans ce cas lorsque l'on obtient un produit sous forme de suspension liquide, on maintient son niveau tel qu'il soit suffisant a assurer son ddversement par l'orifice de déchargement 15 pratiqué dans la paroi latérale du corps creux 1. Dans ce cas, les grattoirs 13 ne sont pas mis en jeu. Le niveau de la solution dans la'cavité du corps 1 de l'appareil est maintenu tel que le tronçon inférieur de la cloison 16 soit toujours, lors du fonctionnement de l'appareil, plongé dans la solution. Cela permet d'acheminer la vapeur dans la tubulure 4 et de l'empêcher d'entrer a travers l'orifice 15 dans la tubulure 3. Exemple 2 Dans cette variante de réalisation? l'appareil de cristallisation des solutions liquides, selon l'invention, possède des pales réunies en un cadre plat, ou panneau échancre, disposé radialement sur -l'arbre 6 (figure 4) le long du corps cylindrique 1 de l'appareil. Sur les figures 4, 5 et 6 sont conventionnellement représentes deux cadres 19 et 20 dont un ou deux, au gré du constructeur, peuvent être utilisés dans l'appareil. La seule différence consiste en ce que dans le cadre 19 sont réalisées des entailles en forme d'arcs, tandis que dans le cadre 20 sont pratiquées des entaillos de forme rectangulaire correspondant au contour de l'échangeur de chaleur 8, vuen coupe longitudinale par le plan qui coïncide avec le plan du cadre fixé rigidement sur l'arbre 6. Le cadre 19 embrasse l'changeur de chaleur 8 dont les cotés latéraux 21 (figure 5) des parties faisant saillie 10 sont en forme de U, Le cadre 20 est préférable å utiliser lorsqu'il s'agit de l'échangeur de chaleur 8 dont les cotés latéraux 22 sont sensiblement en forme de secteur de cercle. De meme que dans le cas de l'exemple précédent, chaque échangeur de chaleur 8 comporte une tubulure 1I destinée à assurer l'amenée de l'agent caloporteur, une tubulure 12 servant à évacuer ledit agent caloporteur et des cloisons 17 qui divisent sa cavité en canaux en forme de boucle 18 destinés à laisser passer l'agent caloporteur à travers les parties 10 faisant saillie de l'échangeur de chaleur 8, lesdites parties 10 étant successivement mises en communication. Pour qu'il soit possible d'éliminer complètement les dépôts de sels de la surface intérieure de la paroi latérale du corps-creux 1, cette surface est de révolution, tandis que l'arête de la pale ou du cadre qui est en contact avec elle, a la forme rectangulaire. Afin d'accroître l'efficacité du transfert de chaleur à la solution à traiter, le corps 1 de l'appareil possède une paroi double 23 qui forme une cavité supplémentaire servant à laisser passer l'agent calo- porteur, ladite cavité supplémentaire atteignant essentiellement le niveau proche du niveau 25 de la solution dans l'appareil. En vue d'amener l'agent caloporteur dans la cavité 24 et de l'évacuer hors de ladite cavité, sont prévues des tubulures 26 et 27 respectivement. Le principe du fonctionnement de l'appareil est le même que celui décrit dans l'exemple 1. Toutefois la forme des pales, qui sont réalisées rous forme de cadres plats non fermés, permet d'embrasser plus complètement la surface de l'échangeur de chaleur et > par conséquent, d'effectuer avec le maximum d'effets l'élimination des sels déposés sur ladite surface, de mime que sur la surface intérieure cylindrique du corps 1 de l'appareil. De ce fait, on arrive à assurer uns durée prolongée du fonctionnement de l'appareil, le taux de transfert de chaleur étant constamment élevé. Afin d'augmenter la surface d'échange de chaleur et le volume de la solution à traiter, il est préférable d'avoir recours á des échangeurs de chaleur dont les parois latérales sont en forme de U. Les échangeurs de chaleur dont la surface latérale a la forme de secteurs peuvent être utilisés pour le traitement de solutions dont le niveau 25 doit être maintenu au-dessous du niveau auquel est monté l'arbre 6 portant les pales 7. Exemple 3 L'appsreil de cristallisation des solutions liquides peut avoir un corps creux 28 (figures 7 et 8) réalisé sous forme du cône tronqué du côté de la base duquel est incorporé un échangeur de chaleur 29 réalisé sous forme d'une douille. Alors, la partie 10 faisant saillie de l'échangeur de chaleur 29 est la paroi de la douille disposée coaxialement par rapport à l'arbre 6, Dans cet exemple la pale 30 fixée le long de l'arbre 6 a la forme d'un plan radial avec une entaille prés de l'arête latérale. Dans cette entaille est introduite la partie 10 faisant saillie de l'échangeur de chaleur 29 et il y a un jeu nécessaire pour la rotation de la pale 30 et pour l'élimination au moyen de son arête des dépôts de sels de la surface de l'échangeur de chaleur 29 et du corps creux 28 de l'appareil. Tous les appareils de cristallisation des solutions liquides, décrits dans les exemples ci-dessus de réalisation de l'invention, fonctionnent de façon analogue et peuvent entre utilisés pour l'évaporation des pulpes et des suspensions. Le fonctionnement de l'appareil faisant l'objet de l'invention est fiable, le taux de transfert -de chaleur étant constamment élevé. ien entendu diverses modifications peuvent titre apportées par l'homme de l'art a I'spperoil qui vient d'bure décrit uniquement a titre d'exemple non limitatif, sans pour cela sortir du cadre de l'in invention, R E V E N D I C A T I O N S 1. Appareil de cristallisation des solutions liquides comportant un corps creux avec tubulures, prévues respectivement pour ltamenee de la solution de départ et pour l'évacuation séparée des produits obtenus, et un arbre disposé horizontalement dans le corps et por- tant, fixées rigidement, des pales destinées à agiter la solution liquide et à débarrasser la surface extérieure de l'échangeur de chaleur, ayant une cavité pour le passage d'un agent caloporteur, des dépits de sels, cet appareil étant caractérisé en ce que l'arbre susmentionné est situé en dehors de la cavité de l'échangeur de chaleur qui est réalisé avec des parties faisant saillie du côté de l'arbre portant les pales, aux arêtes desquelles est donnée une forme assurant leur contact avec la surface à débarrasser des dépits de sels de l'changeur de chaleur. 2. Appareil selon la revendication l, caractérisé on ce que les pales voisines montées sur l'arbre sont disposées dans des sens diamétralement opposés, l'une par rapport à l'autre. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pales sont réunies on un cadre plat non fermé, ou panneau échancré, disposé radialement le long du corps cylindrique creux de l'appareil, tandis que dans la cavité de l'échangeur de chaleur sont réalisées des cloisons qui constituent un canal en forme de boucle pour le passage de l'agent caloporteur à travers les parties faisant saillie de échangeur de chaleur qui sont successivement mises en communication. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les côtés latéraux des parties faisant saillie de l'échangeur de chaleur sont en forme de U, 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cotés latéraux des parties faisant saillie de l'échangeur de chaleur sont sensiblement en forme de secteur de cercle. 6, Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface intérieure de la paroi latérale du corps creux est de revo- lut ion, tandis que la paroi mame est réalisée double de façon & former une cavité supplémentaire pour le passage de l'agent caloporteur atteignant un niveau qui est essentiolloment proche du niveau de la solution dans le corps creux de l'appareil. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que son corps creux est réalisé sous forme de cane tronqué et du ctté de la base est agencé un échangeur de chaleur incorporé réalisé sous forme d'une douille dont la paroi est la partie faisant saillie de l'échangeur de chaleur disposée coaxialement par rapport a l'arbre le long duquel est fixée une pale réalisée sous forme d'un plan radial avec une entaille près de l'arSte, suffisante pour y introduire la partie faisant saillie de l'échan- geur de chaleur tout en respectant la valeur du jeu indispensable pour assurer la rotation de la pale et l'élimination par cette dernière des dépôts de sels des surfaces à débarrasser, de l'échangeur de chaleur et du corps creux de appareil