Brevet FR2320437A1 — publié le 19770304

La présente invention se rapporte à un dispositif à pompe centrifuge destiné notamment à la distillation d'oau saléc pour en éliminer le sel. Dans l'installation de distillation d'eau utilisant le tj.U cipe d'évaporation pour 11 élimination du sel et autres minéraux, il est de coutume d'avoir un évaporateur dans lequel les condi- tions sont ajustées de manière à former de la vapeur qui passe alors dans un échangeur de chaleur condensant la vapeur pour produire l'eau distillée. Dans ces dispositifs, il est de coutume d'introduire la saumure dans l'évaporateur au moyen d'une alimentatlon à niveau cours tant, puis de régler les conditions entre l'évaporateur et l'éc:an- geur de chaleur de telle sorte que le transfert nécessaire de vapeur ait lieu, un tel procédé impliquant, par exemple, l'usage d'une pompe qui amène la vapeur dans l'éch & geur de chaleur Parmi les dispositifs incorporant ce principe général, on peut citer ceux utilisant une installation de réfrigération pour évaporer l'eau à température ambiante ou plus élevée, l'évapora- teur du dispositif de réfrigération étant raccordé au condenseur par l'intermédiaire d'un dispositif de pompage. le condenseur assurant le retour de la vapeur à sa phase liquide pour former le distillat. On a également proposé, dans un tel dispositif, l'usage de ce qu'on appelle une pompe "d'extraction" (blow-down) qui retire l'ex- ces d'eau de l'évaporateur lorsque la salinité de cette eau atteInt une certaine valeur, ceci assurant que les produits laissés en arrière dans le processus d'évaporation sont purgés du dispositif de manière que le processus puisse être continu. l'un des problèmes posés par un appareil de ce type est de pouvoir maintenir un mouvement correct de la vapeur et également de maintenir les différences de pression nécessaires dans le dispositif car, naturellement, il doit exister dans l'évaporateur une pres- sion inférieure pour faciliter l'ébullition du liquide alors qu'il peut être préférable dtavoir dans le condenseur une pression plus élevée afin de faciliter la condensation de la vapeur. Comme les pompes doivent être de nature à pouvoir créer e vide nécessaire dans le condenseur, des problèmes se posent pour obtenir de bons joints dans ces por es, et selon l'ur desbrevets artérieurs de la Demanderesse, un dispositif de jeints d'eau était utilisé afin de permettre l'usage de pompes à engrenages clati- vement peu onéreuses pour créer le vide. La présente invention a pour objet d'offrir un dispositif ce pompage perfectionne à l'usage des installations de distillation d'eau salée, du type général spécifié ci-dessus, pereettandt a:'ob- tenir facilement les joints nécessaires, et dang lequel, dans la forme définitive, il est inutile d'utiliser des condensseurs et évaporateurs coûteux. Le dispositif de pompage perfectionné selon l'invention con- prend un dispositif de remise en circulation du liquide, soit dans l'évaporateur, soit dans le condenseur, mais ces systèmes circulatoires comprennent une chambre d'entraînement à l'entrée de la pompe, agencée de manière à pouvoir entraîner, et si nécessaire, condenser les valeurs circulant dans l'installation. Chaque pompe selon la présente invention consiste donc en une pompe entraînée par tous moyens convenables, et dont la sortie est associée à un récipient effectuant la circulation, l'admission de la pompe étant également raccordée à ce récipient pour constituer un dispositif circulatoire clos, mais à l'admission de la pompe se trouve la chambre d'entraînement également agencée de manière que le liquide tiré par la pompe s'écoule dans cette chambre d'entraînement de telle sorte que, par un équilibre de pression, l'entraînement de la vapeur puisse avoir lieu dans cette chambre afin de circuler ensuite avec le liquide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation non limitative de pompe en se référant à la figure unique du dessin annexé sur lequel ladite pompe est représentée schématiquement Sur ce dessin, la pompe consiste en une pompe centrifuge classique 1, dont le tuyau de sortie 2 se termine près de l'extrémité supérieure d'un piège à liquide, ou chambre de séparation, 3, le haut de cette chambre 3 étant raccordé à un tuyau de sortie 8. le fond de la chambre de séparation 3 est pourvu d'un tuyau 4 de remise en circulation qui se termine adjacent à l'admission 5 de la pompe 1, Autour de l'extrémité du tuyau 4 de remise en circulation et de l'extrénité du tuyau 5 d'admission, se trouve une chambre 6 d'entraînement a'air ou de gaz dans laquelle pcntrc' le tW'rnU o admission 7 d'air ou de gnz. L'extrémité sortie du tuyau 4 de remise en circulation est espacée de l'extrémité adjacente à l'admission 5 de la pompe, le tuyau 4 étant de plus petit diamètre que l'admission de la pompe 5. En disposant convenablement l'extrémité du tuyau 4 par rapport à l'admission 5 de la pompe 1, durant le fonctior1oae't de cette dernière, le jet d'tau sortant de l'espace compris entre les deux tuyaux forme dans la chambre d'entraînement 6 une pression considérablement réduite du fait que ce jet d'eau entraîne avec lui tout l'air ou tout le gaz de la chambre.L'air ainsi entraîné est déchargé par la pompe 1 dans la chambre de séparation 3 où il s'évacue par le tuyau de sortie 8. Un fort volume de liquide étant remis en circulation par rapport au volume d'air entraîné, le liquide recyclé agit comme un joint liquide dans la pompe centrifuge et est capable de produire un haut vide dans la chambre d'entraînement. La chambre d'entraînement d'air 6 a donc pour action de créer dans cette chambre et par voie de conséquence dans le tuyau d'admission 7 d'air cu de gaz qui se termine dans cette chambre, une pression considérablement réduite. La pompe produit donc un haut vide dans la chambre d'entraî- nement d'air, mais elle est également capable de pomper en même temps le liquide. Par suite, lorsque du liquide passe par le tuyau d'admission de gaz ou d'air dans la chambre dtentraîne- ment, ce liquide est recueilli dans le fond de la chambre et quand le niveau s'élève à celui du tuyau d'admission de la pompe, il se trouve également entraîné dans celle-ci, déchargé dans le piège à liquide, l'excès de liquide dans ce pièe étant déchargé par le haut dans le tuyau de sortie du piège. On a constaté que dans une forme de réalisation, on obtient un fonctionnement satisfaisant avec une sortie de tuyau de remise en circulation de 12,7 mm de diamètre, espacé d'environ 25 mm de l'admission de la pompe, cette admission ayant environ 25 mm de diamètre0 Ces chiffres ne doivent pas être considérés comme li mitatifs, car l'on peut faire varier les dimensions et l'espar cement selon la dimension de la pompe, le débit d'eau, etc., afin d'assurer l'obtention de la pression réduite désirée. Selon un exemple type d'un dispositif de distillation auquel l'invention peut être appliquée, une chambre fait circular la sau mure a une pression r-'duite et les conditions sont agencées de fa- çon que l'évrporation du liquide ait lieu dans cette chambre. Petit chambre est raccordée à un condenseur au moyen d'un tuyau d'un type décrit, la vapeur étant amenée dans la chambre d'entraînement pour se mélanger avec le liquide de cette chambre que f & t eiruler la pompe, de sorte que le condensat se trouve ainsi entraîné dans la chambre de condensation pour se mélnger au distillat circulant dans cette chambre. On remarquera que la condensation effective peut avoir lieu dans la chambre d'entraînement en raison de la forme de celle-ci et des conditions impliquées, et pour mieux expliquer le fonctj-on- nement,on remarquera que la chambre d'entraînenent, qui est disposée à la prise de la pompe, a la dimension voulue pour que l'eau que fait circuler la pompe sorte d'un tuyau dans cette chambre à une vélocité relativement grande, le tuyau étant convenablement réduit à cette fin, de telle sorte que cette eau représente à tout moment une surface froide de condensation, et la vapeur entrant dans la chambre d'entraînement, soit sous l'effet de la pression de sa source d'évaporation, soit sous l'effet d'aspiration de la pompe, se condense sur et dans la surface de la colcnne d'eau à l'intérieur de la chambre. s tous moments successifs, une nouvelle aire superficielle se présente et par suite davantage de vapeur se condense; le dis- positif est donc établi de manière que les chaleurs latente et sensible de la vapeur entrant dans la charge de circulation d'eau soient éliminées par échange de chaleur dans le récipient approprié. l'es recherches ont démontré que 3 400 mètres cubes de vapeur à basse pressionde saturation (35, 5 C0 peuvent facilement être traités par un tel dispositif de pompage, alors que l'eau qui est le produit de distillation ainsi que les gaz non condensables sont traités sans aucune interruption jusqu'à la condition requise du maintien du haut vide désiré dans l'évaporateur de l'installation de distillation de l'eau salée. On remarquera Que, lorsque l'on utilise une pompe centrifuge, la totalité de ce ai a été dit ci-dessus se produit, la seule caractéristique limitatrice étant Qu'une quantité d'eau suffisante doit s'écouler pour absorber offectiveeiit la quantité LP de la vapeur acceptée dans la chambre d'ontraînement et ta trans- mettre au récipient auquel la pompe est raccordées En référence aux paramètres de contruction, on rerS-c era que la pression de décharge de la pompe se réduit en fonction ce l'importance du diamètre de la colonne d'eau entrant dans la chambre d'entraînement par rapport au tuyau d'aspiration de la pompe, qui en tout état de cause ne doit pas être égal ni plus grand que le tuyau d'aspiration, et, par suite, moins de puissance est requise pour faire fonctionner ladite pompe. Puisque la décharge de la pompe vient en aide en fait à l'aspiration de celle-ci, de petits moteurs suffisent pour un débit donné d'eau disponible. On remarquera qu'avec le dispositif envisagé, des conditions de haut vide peuvent être obtenues du fait que ce dispositif tire tout l'air et les matIères non condensables, et puisqu'il peut condenser, et condense effectivement la vapeur, alors, avec seulement le dispositif de pompage en fonctionnement, c'està-dire sans application d'aucune autre chaleur pour produire l'évapora- tion, le vide est si élevé que la chaleur contenue dans la masee d'eau de l'évaporateur est utilisée pour la production de vapeur. Cette vapeur est alors attirée dans la chambre d'entraîne- ment et condensée. L'eau de l'évaporateur est alors refroidie mais de la vapeur est à nouveau créée au moyen de la chaleur rémanente de l'eau, ce processus est donc continu, et bientôt la chaleur ambiante de l'air environnant est captée par l'eau en cours d'évaporation. Il se crée donc de hauts vides grâce à la présence d'eau à basse température. On peut également mentionner que l'écoulement continu de vapeur dans la chambre d'entraînement lave tout l'air et les gaz sur leur parcours à la chambre d'entraînement. On remarquera également, qu'en cas d'utilisation de deux dispositifs de pompage du caractère décrit, l'un pour le distillat et l'autre pour la saumure, un accouplezert direct des chambres d'entraînement élimine la nécessité d'un évaporateur et d'un condenseur dans le dispositif Il a été établi que l'air ambiant relut jouer le rôle de fluide de chauffage et tout autre fluide plus froid, tel que l'eau de mer, peut être utilisé comme milieu de re froidissement. avec le dispositif que l'on vient de & rc. l'installa- tion peut comporter un récipient dans lequel l'évapporation produit, et ce récipient peut renfermer un approvistionnement d'eau destiné à y maintenir un niveau particulier, rais l'ean peut s'écouler de ce récipient dans la chambre d'ontraînement d'une pompe d'extracticn qui fait circuler la sau-mlre y entrant, par une chambre de contrôle de chaleur, ce dispositif circulatei- re étant pourvu d'une fuite pour assurer l'alimontation suffisan- te d'eau fraîche à la chambre afin de maintenir dans celle-ci la salinité à la valeur requise, l'excès d'eau étant évacué du dispositif circulatoire par pompage afin de décharger les miné- raux et autres matières qui, par ailleurs, se déposeraient dans la chambre d'évaporation. La vapeur de la chambre d'évaporation est alors prélevée dans la chambre d'entraînement d'une pompe de distillat qui, se lo la précédente description, crée le vide dans la chambre d' é- vaporation par une action que l'on peut appeler d'injecteur, cette pompe faisant circuler le distillat dans la chambre de distillat de manière que la condensation de la vapeur ait lieu dans la chambre d'entraînement, le liquide résultant faisant alors partie du fluide circulant dans la chambre de distillat, tandis que la quantité requise de liquide est évacuée de cette chambre au cours du processus de fonctionnement. La décharge des chambres d'échange de chaleur des pompes de distillat et d'extraction sont pourvues de clapets de non-retour de sorte que lorsque les pompes s'arrêtent, le vide est maintenu dans le dispositif La chambre par l'intermédiaire de laquelle la pompe d'extraction fait circuler la saumure peut être pourvue d'un échangeur de chaleur par lequel peut s'écouler l'eau de refroidissement, qui peut être purgée de l'alimentation par un réservoir d'alimentation commandé par un flotteur, un orifice de contrôle d'écoulement étant utilisé dans le courant de sas^ure à la chambre d'entraînement. Linsi qu'on l'a dit plus haut, le dispositif peut fonctionner sans reirigération, mais en cas d'utilisation de la réfrigération, l'évaporateur aura le condenseur de réfrigérant disposé dans la chambre afin d'agir comme dispositif de transfert de chaleur, alors que l'évaporateur du dispositif de réfrigération sera disposé à l'intérieur de la chambre de distillet dont il a été question ci-dessus. Une pompe du type spécifié cl-dessus peut créer les vides désirés du fait à tout moment de la présence du joint d'eau. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Pompe à vide, caractérisée par le fait qu'elle comperte une pompe centrifuge ; des moyens pour remettre er circulation le liquide de la sortie de la pompe à son aadmission, des moyens pour entraîner l'air ou le gaz dans le liquide recyclé au côté aomis- sion de la pompe, et dfS moyens pour séparer l'air ou le gaz liquide recyclé du Côté sort de la pompe afin que le liquide recyclé agisse comme un joint liquide de la pompe et d'entraîne- ment de l'air ou du gaz produit un vide dans le dispositif d'e- trainement. 20- Pompe à vide selon la revendication 1, caractériséepar le fait que les moyens d'-entrannement consistent en une chambre ad jacente à l'adiaission de la pompe, le dispositif de séparation consistant en une chambre adjacente à la sortie de la pompe, et que les moyens effectuant la circulation comportent un tuyau de remise en ctrculation de la chambre de séparation à la chambre d'entraî- nement. 3.- Pompe à vide selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le tuyau de remise en circulaùion entre dans la cham bre-d'entraînement, dépasse dans celle-ci et se termine adjacent et espacé de l'admission de la pompe de telle sorte que, en cours de fonctionnement, le passage du liquide sous la forme d'un jet à grande vitesse dans l'espace, entraîne l'air ou le gaz dans la chambre de sorte que ces derniers passent avec le liquide et sont séparés de celui-ci dans la chambre de séparation. 4.- Pompe à vide selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la chambre d'entraînement comprend une conduite de vide raccordée à une admission de la chambre de manière que l'en- traînement de l'air ou du gaz crée un vide dans la conduite de vide. 5.- Pompe à vide selon la revendication 4, caractérisée par le fait que tout liquide qui entre dans la chambre d'entraînement par la conduite de vide est également entraîné dans le liquide re mis en circulation. 6.- Pompe à vide selon la revendication 4, caractérisée par le fait que dans le fond de la chambre de séparation pénètre la sortie de la pompe, qui se termine à proximité de la partie supé rieure, le tuyau de remise en circulation etant cispasé adja@ au fond de manière que tout ain, gaz ou liquide entraîné av@ le liquide recyclé soit évacué par l'orifice da sortie 7.- Pompe à vide selon la revendication ,, caractérisée rar ne fait que les serpentins de re-froidisseent sont incorporée à la chambre de séparation afin.de refroidir le liquide recyclé 8.- Pompe à vide selon la remendication 4, caractérisée par le fait que la conduite de vide et raccordée au condenseur d'une installation de distillation d'eu salée, de manière que la pompe à vide évacue le condensat et crée également un vide dans un éva- porateur par l'intermédiaire du condenseur de l'installation.