Brevet FR2379305A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne un évaporateur à couche mince comprenant un récipient cylindrique,dont la paroi intérieure cylindrique servant de surface de chauffage est atta quée par des éléments d'essuyage en polytétrafluoroéthylène ou en matière semblable qui sont fixés sur des bras radiaux d'un arbre de rotor disposé axialement,de sorte que,dans la zone de la surface de chauffage,il peut se former,lorsque le rotor tourne,par effet d'essuyage,une pellicule de liquide à partir des liquides qui s'évaporent qui est envoyée le long de la paroi intérieure par un répartiteur disposé au-dessus de la surface de chauffage. Les évaporateurs à couche mince connus de ce type ont un rotor équilibré dont l'extrémité supérieure de l'arbre est rendue étanche par un anneau de glissement et est montée sur un palier à rouleaux, un palier de fond,par exemple un palier sec à cartouches facile à changer, étant prévu.L'inconv#nient est que souvent de l'acier inoxydable ou d'autres matériaux métalliques ne résistent pas suffisamment à la corrosion ou sont trop coûteux. Il serait donc souhaitable d'obtenir un agencement d'un tel évaporateur pouvant être émaillé dans son ensemble.Mais alors on se heurte,outre à la nécessité d'un agencement et d'un montage des éléments d'essuyage,en particulier à la difficulté qu'il faut agencer le répartiteur de manière que le liquide ne soit pas projeté dans l'espace intérieur,mais forme un film aussi égal que possible le long de la paroi intérieure. Suivant l'invention,on pallie ces inconvénients par un évaporateur à couche mince du genre précité, dans lequel tant la paroi intérieure du récipient que le rotor,à ltexception des éléments d'essuyage,sont émaillés de manière à résister à la corrosion et au moins une auge de répartition pour le liquide admis est maintenue,en pouvant être éloignée et en déterminant une largeur pré-établie pour la fente d'amenée,par des bras d'étayage émaillés qui passent dans un raccord du récipient et sont fixés de ltextérieur avec étanchéité. Des essais pratiques ont montré qu'en disposant par exemple deux auges de répartition diamétralement opposées, il est possible d'obtenir une formation de pellicule bien égale quand la largeur de la fente pour l'amenée du liquide a été convenablement réglée. A cet effet,on peut adapter,par exemple, les arêtes de l'auge de répartition limitant la paroi intérieure émaillée à la surface de l'émail ou modifier la position des bras de l'extérieur de l'évaporateur. Suivant une variante préférée, on utilise comme éléments d'essuyage, des essuyeurs en forme de doigts réunis,ce qui assure la formation d'une pellicule de liquide convenable également dans la zone de chauffage,m#me s'il existe des irrégularités superficielles dues auKpassagesau four ou provoquées par des colmatages au tantale.Les extrémités libres des éléments d'essuyage qui font saillie radialement sont pressées par la force centrifuge lors de la rotation du rotor sur la paroi intérieure émaillée. Avantageusement, l'extrémité libre de chaque bras émaillé, il est prévu une ouverture dans laquelle est engagé un support d'extrémité en polytétrafluoroéthylène ou en matière semblable en vue de supporter l'extrémité concernée d'une tige, avantageusement émaillée,sur l'axe de laquelle peuvent pivoter les éléments d'essuyage. Un avantage essentiel de l'invention est que l'on peut obtenir un très bon effet d'essuyage,parce que les irrégularités superficielles, se produisant inévitablement lors du passage au four de l'émaillage et également lors des modifications des longueurs des bras émaillés lors de la rotation du rotor,sont obligatoirement absorbées. A# dessins annexés donn# uniquement à titre d'exemple La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un évaporateur à couche mince suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne B-B de la figure 1. La figure 4 est une vue de coté d'un élément d'essuyage. La figure 5 est une vue de dessus de l'élément d'essuyage de la figure 4. La figure 6 est une vue de l'auge de répartition du dispositif pour amener le liquide. La figure 7 est une vue en coupe de l'auge de la figure 6. La figure 8 est une vue en coupe schématique de l'évaporateur de la figure 1 en vue d'expliciter l'effet d'essuyage. L'évaporateur 1 à couche mince illustré à la figure 1 sert à évaporer des liquides corrosifs dans des processus chimiques et est constitué d'un récipient 2 en acier de forme cylindrique, d'un rotor 3, d'un dispositif 8 d'entraînement du rotor 3, d'éléments 4 d'essuyage disposés sur le rotor 3 pour former une pellicule de liquide sur une paroi 5 intérieure émaillée du récipient 2, d'un dispositif 6 d'admission pour l'amenée de liquide à évaporer sur la surface de la paroi 5 intérieure émaillée, d'une sortie 7 pour la vapeur, d'une chemise 9 de chauffage > ainsi que d'une sortie 10 pour le liquide qui nta pas été évaporé.Les éléments 4 d'essuyage sont disposés axialement et échelonnés suivant la direction périphérique de manière à obtenir un effet d'essuyage uniforme le long de la paroi 5 intérieure dans la zone de la chemise 9 de chauffage. Comme il ressort de la figure 1, les éléments 4 d'essuyage dépassent quelque peu la chemise 9 de chauffage à l'extrémité supérieure de sorte que la pellicule de liquide se forme déjà au-dessus de la zone de chauffage. Le récipient 2 vertical est constitué d'un tronçon 2A cylindrique assez long, d'une partie 2B supérieure voû- tée et d'un fond 2C conique. Le récipient 2 est conçu pour un fonctionnement sous vide,de par exemple,1 mm de mercure et la partie 2B supérieure et le fond 2C sont reliés au tronçon 2A cylindrique par des liaisons 11 à brides étanches à l'air. La paroi 5 intérieure est émaillée d'un émail vitreux résistant à la corrosion.Au voisinage de la sortie 7 de la vapeur,il est prévu une plaque 7A de séparation. Il est prévu une chemise 9B de chauffage pour la chambre d'évacuation du produit. Le rotor 3 comprend un arbre 17 qui traverse un raccord 18 du récipient. Un accouplement 21 accouple l'arbre 17 au dispositif 8 d'entraînement qui est soutenu par un tréteau 8A porté par la partie 2B supérieure. Des paliers 19A, 19B du dispositif 8 d'entraînement servent à supporter axialement l'arbre 17, au moins le palier 19B étant un palier de butée radial . L'extrémité 23 inférieure libre de l'arbre 17 dépasse vers le bas, dans le mode de réalisation représenté, la périphérie inférieure de la chemise 9 de chauffage. L'extrémité supérieure de l'arbre 17 est montée à l'aide d'un palier 19C radial dans un carter 20 d'une bague d'étanchéité à glissement. En raison de l'écartement axial notable dvs paliers 19A, 19B et 19C et en raison d'un dimensionnement approprié du rotor 3 on assure une rigidité suffisante en évitant des fléchissements latéraux trop grands pour une vitesse de rotation de 100 tours par minute par exemple, ce qui assure un. mode de travail satisfaisant des éléments 4 d'essuyage. il n'est donc pas nécessaire d'avoir un palier de fond pour l'extrémité inférieure de l'arbre 17,ce qui est un avantage essentiel pour évaporer des liquides corrosifs parce qu'un palier de fond à l'intérieur s'use relativement rapidement par corrosion. Des bras 22 radiaux partent de manière décalée suivant la direction axiale du rotor 3. Comme l'arbre 17, ses bras sont revêtus entièrement d'une couche 3A d'émail,tandis que leurs extrémités 23 sont en acier pouvant être émaillées et ont un rayon de courbure approprié. L'émaillage 3A de l'arbre 17 va essentiellement jusqu'# l'extrémité supérieure de sorte que toutes les parties du rotor 3 se trouvant dans la chambre des produits sont résistantes à la corrosion. A A chaque bras 22 radial est soudée une plaque 24 (figures 4 et S) s'étendant suivant la direction radiale, dans laquelle est pratiqué un trou 33 axial. Le trou a des aretes arrondies d'une manière convenable de sorte que > meme dans cette zone,on peut prévoir un émaillage 3A résistant à la corrosion. Dans les trous 33 passent des supports 25 d'extrémité constitués par une pièce 35 de forme tubulaire qui dépasse des trous 33 et présente un épaulement 26 reposant sur la surface de la plaque 24. Les supports 25 sont en polytétrafluoroéthylène renforcés par des fibres de verre. Dans une cavité 37 borgne de chaque support 25, se trouve l'une des extrémités d'une tige 28 d'essuyage de l'élément d'es- suyage concerné. Chaque élément 4 d'essuyage comprend une tige 28 munie d'un émaillage 28A ainsi qu'un certain nombre d'éléments 29 d'essuyage en forme de doigts en polytétrafluoroéthylène qui sont montés à rotation sur la tige 28. Des disques 30 annulaires servent à constituer un intervalle d'environ 1 mm de large entre les extrémités libres d'éléments 29 d'essuyage successifs. Les extrémités de ces éléments 29 sont arrondies et on peut pratiquer des évidements 31 sur les faces latérales des éléments 29 pour prévoir un écartement plus grand d'environ 4 à 5 mm dans leurs zones médianes de manière à éviter tout collage des éléments d'essuyage par formation d'incrustation . Pour monter un élément 4 d'essuyage, on engage la tige 28 dans le trou du support d'extrémité supérieure, puis on ferme le trou 37 par un bouchon 27.Les éléments 29 d'essuyage et les disques 30 et 30A annulaires sont tirés sur la tige 28 avant d'être engagés dans le support 25 inférieur. Les trous 37 du support 25 supérieur peuvent etre fermés par le bouchon 27 par enfoncement à force ou au choix par un processus de fusion. Comme on le voit mieux à la figure 1, les éléments 4 d'essuyage sont échelonnés suivant la direction axiale et suivant la direction périphérique de sorte que la zone de la paroi 5 intérieure voisine de la chemise 9 de chauffage est entièrement balayée par les éléments d'essuyage. les passages au four lors de l'émaillage de la paroi 5 intérieure du récipient provoquent des modifications de la géométrie de la paroi cylindrique du récipient. il peut donc se produire des déformations de la forme géométrique du récipient 2 par rapport à ce qui est représenté en coupe longitudinale à la figure 1 et en coupe transversale à la figure 3. Mais ces déformations peuvent être absorbées par les éléments 4 d'essuyage suivant l'invention. Comme le montre la figure 8, les éléments 4 d'essuyage (figure 1) sont disposés de sorte que les doigts 29 sont toujours en contact avec la paroi 5 intérieure en raison de leur montage à rotation et y restent sous l'effet des forces centrifuges.A la figure 8, l'élément 29A se trouve en position normale,tandis que les éléments 29B et 29C sont éloignés de leur position normale de sorte que,même pour des modifications positives ou négatives du rayon du récipient par rapport à la valeur nominale, ils restent en contact avec la paroi intérieure. Grâce à cet agencement, on peut également absorber des différences de variation de longueur des bras 22 par rapport à la valeur nominale, si par exemple le rayon minimum d'un bras 22 est de 487 mm ou si le rayon maximum de ce bras est de 500 mm. La déformation de la section droite peut représenter jusqu'à 3% environ du diamètre du récipient.On peut absorber des déformations relatives suivant la longueur du récipient, dans le montage à pivotement des doigts d'essuyage de chaque élément 4, le nombre des doigts 29 de chaque élément 4 peut etre différent d'un élément à l'autre et dépend de l'usage parti culiez qui est fait de l'évaporateur ,notamment de l'effet d'essuyage qui permet une bonne évaporation pour le produit concerné.Grâce à l'agencement décrit,on peut obtenir des pressions appropriées des éléments de nettoyage sur la paroi intérieure,meme aux endroits où il y a des tolérances de fabrication maximales ou minimales,dfles au passage au four,du point de vue de la longueur effective des bras 22 et des différences de diamètre ou bien cal il se trouve d'autres irrégularités superficielles,co:'#e par exemple des coliiatages au tantale. Le dispositif 6 d'admission pour le liquide à évaporer comprend au moins une auge 40 de répartition. Dans l'exemple représenté, il en est prévu deux en regard l'une de l'autre. A l'auge 40 arrive un conduit 41 d'admission agencé de manière à projeter aussi peu de liquide que possible. torte on le voit mieux aux figures 6 et 7, l'auge 40 a un fond 42 et une paroi 43 latérale et est avantageusement en polytétrafluoroéthylène. Deux bras 44 émaillés servent à porter l'auge 40. L'arête 43 de l'auge voisine de la paroi 5 intérieure a une forme correspondant au voûtage de la paroi 5 intérieure et délimite avec la paroi 5 un intervalle G de largeur déterminée à l'avance qui permet une amenée convenable de liquide le long de la paroi intérieure en direction de la zone d'évaporation.Les parties des bras 44 faisant saillie dans le récipient 2 sont émaillées et sont avantageusement disposées dans le raccord de manière à pouvoir en etre enlevées sans difficulté et à être échangées.Les bras 44 sont donc fixes à ltex- térieur du récipient de manière à permettre de compenser les tolerances de fabrication dues à l'émaillage en positionnant itauge Les bras 44 traversent un raccord du récipient et présentent une partie 47 de base et un col 48 plat auquel l'auge 40 est fixée par un ou plusieurs bouchons 49 constitués avantageusement eux aussi en polytétrafluoroéthylène renforcé par des fibres de verre.La partie 47 de base présente une bride 50 qui est pressée sur un joint 51 de la surface bridée du raccord du récipient. il y a un jeu suffisant entre la surface extérieure de la partie 47 du bras 44 et la paroi intérieure du col pour permettre un ajustement de l'intervalle G à la largeur convenable, par exemple par introduction de joints 51 d'étanchéité d'épaisseur différente. Les avantages particuliers de l'invention sont que le dispositif 6 d'admission, en particulier l'auge 40 de répartition et également le rotor et les éléments 4 d'essuyage,peuvent être enlevés du récipient pour permettre, le cas échéant > un travail d'adaptation ou de surveillance qui est nécessaire et qui doit etre effectue aussi à l'intérieur du récipient. Grâce à cet agencement des éléments de l'é- vaporateur il est possible sans autre difficulté d'émailler les pièces cosntitutives correspondantes,de sorte que l'on peut mettre en oeuvre un tel évaporateur même quand de l'acier inoxydable ne suffit pas à répondre à des exigences de fonctionnement données. Avantageusement, on fait appel pour ltémaillage à des verres borosilicatés résistant aux acides et aux lessives alcalines et l'é- maillage a avantageusement une épaisseur minimale d'environ par exemple 1 mm. Les évaporateurs émaillés du type décrit trouvent application avantageusement dans l'industrie chimique en liaison avec des liquides corrosifs,bien qu'ils puissentetre utilisés égament lorsque les exigences du point de vue d'hygiène sont très fortes,comme dans l'industrie alimentaire,puisqu 'il ne se trouve aucune surface métallique apparente car les éléments de nettoyage en polytétrafluoroéthylène glissent sur la surface vitreuse lisse. En comparaison des évaporateurs à couche mince connus pour liquides corrosifs, on obtient,en outre,lorsqu'on utilise l'évaporateur émaillé suivant l'invention une longévité plus grande. En outre, les éléments de structure disposés dans l'évaporateur ne doivent pas être fabriqués en métal coûteux résistant à la corrosion et le nombre des bras supports radiaux peut être notablement diminué par rapport aux agencements connus. Au lieu des éléments émaillés qui sont repré- sentés, on peut également utiliser d'autres formes de réalisation émaillées par d'autres techniques qui conviennent. C'est ainsi par exemple que dans certains cas il peut être avantageux de prévoir un passage s'amincissant peu à peu du bras 22 vers la plaque 24. REVENDICATION Evaporateur en couche mince comprenant un récipient cylindrique dont la paroi intérieure cylindrique servant de surface de chauffage est attaquée par des éléments d'essuyage en polytétrafluoroéthylène ou en matière semblable, qui sont fixés à des bras en saillie dans la direction radiale d'un arbre de ro tor axial de sorte querdans la zone de la surface de chauffage > il peut se produire,lors de la rotation du rotor, par un effet d'essuyage, une pellicule de liquide provenant du liquide à évaporer qui est envoyée le long de la paroi intérieure par un dispositif de répartition disposé au-dessus de la surface de chauffage, caractérisé en ce que tant la paroi(5)intérieure du récipient que le rotor(3),àl'exception des éléments(29)d'essuyage,sont émaillés de manière à résister à la corrosion et au moins une auge (40) de répartition pour le liquide admis est portée de manière à pouvoir être éloignée et en déterminant une largeur donnée de l'intervalle (G)d'admission par des bras (44) supports émaillés qui traversent un raccord du récipient et sont fixés de manière étanche de l'ex- térieur.