Brevet FR2409779A1 — publié le 19790622

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de distillation ou concentration d'une solution à basse température plus particulièrement destiné au dessalement d'une solution saline, notamment d'eau de mer. plus précisément, la présente invention concerne un procé-dé de distillation basse température du type selon lequel on évapore la solution dans une série de chambres à des pressions et des températures progressivement décroissantes et on condense la vapeur formée dans chaque chambre par échange indirect de chaleur avec un fluide froid. Dans les procédés de distillation du type précité oonnus actuellement on évapore généralement la solution par détente. Ainsi, selon ces procédés, les calories nécessaires à l'évaporation de la solution sont prélevées å partir de cette dernière, ce qui nécessite, pour l'obtention d'un débit donné de distillat, la circulation à travers les chambres d'un débit beaucoup plus important de solution. De ce fait, la mise en oeuvre de ces procédés ne peut pas être économique. En effet, elle nécessite, notamment à un faible niveau de température, des surfaces d'échange importantes entre la vapeur produite et le fluide froid car la détente de la solution dans une chambre ne peut pas être, compte tenu de son débit de circulation, telle que sa température à la sortie de la chambre soit égale à la température de la vapeur de la chambre De plus, elle nécessite l'évacuation d'une quantité importante d'incondensables apportés par ce débit important.En outre, dans les procédés du type actuel, les calories sont nécessairement apportées par la solution à traiter La présente invention a précisément pour objet un procédé de distillation à basse température permettant de pallier les inconvénients précités, ce procédé étant en outre d'une mise en oeuvre particulièrement avantageuse lorsque l'on dispose de deux fluides disponibles à des températures appropriées. Le procédé de distillation à basse température objet de l'invention du type selon lequel on évapore une partie de la solution dans une série de chambres C1 à Cn dont les pressions et les températures sont, de la d'ambre C1 à la chambre Cn, progressivement décroissantes et on condense la vapeur formée dans chaque chambre par échange indirect de chaleur avec un fluide dit premier fluide, ledit premier fluide circulant de la chambre Cn à la cham bre C1 et ayant en entrée de la chambre Cn une température TF, se caractérise en ce qu'on réalise dans chaque d'ambre une évaporation de la solution par échange indirect de chaleur avec un fluide dit deuxième fluide, ledit deuxième fluide circulant de la chambre C1 à la chambre Cn et ayant en entrée de la chambre CI une température T c supérieure à la température TF Dès à présent on précise que le procédé tel que caractérisé ci-dessus est tel que la vapeur formée dans chacune des chambres résulte pour l'essentiel d'une évaporation de la solution à partir des calories dudit deuxième fluide sachant qu'une autovaporisation par détente de la solution se produit lors de son passage d'une chambre à la suivante et éventuellement lors de son introduction dans la chambre C1 en fonction de sa température d'entrée dans omette dernière. Ainsi, le procédé de distillation de l'invention tire avantageusement profit de l'établissement à travers les chambres d'une circulation dudit deuxième fluide. En effet, grâce à l'échan- ge de chaleur entre la solution et le deuxième fluide, le procédé de l'invention permet d'atteindre un débit de production de distillat satisfaisant pour un débit limité de solution à travers les chambres, ce qui présente notamment l'avantage de limiter la teneur en incondensables de la vapeur produite dans une chambre et d'obtenir une concentration de la solution rejetée aussi grande que désirée. Selon l'invention, l'échange de chaleur dans chaque chambre entre la solution et le deuxième fluide peut etre réalisé de plusieurs manières. Selon une première variante, on réalise cet échange de chaleur en établissant sur la surface d'un échangeur parcouru par le deuxième fluide un écoulement de solution sous la forme d'un film. Selon une deuxième variante, on réalise l'échange de chaleur en établissant dans les chambres une circulation de solution telle que dans chaque chambre un échangeur parcouru par le deuxième fluide soit totalement immergé dans la solution, une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambres pouvant etre recyclée. D'autre part, l'établissement d'un écoulement de solution sous la forme d'un film mince sur la surface d'échangeurs placés dans chacune des chambres conformément à la première variante de réalisation de l'échange entre la solution et le deuxième fluide peut être effectué selon deux modes distincts. Selon un premier mode, on pulvérise sur les échangeurs la solution pénétrant dans l'installation. Ce mode nécessite l'introduction dans l'installation d'une grande quantité de solution afin d'assurer le mouillage de toute la surface des échangeurs puisqu'il n'existe pas de recyclage de solution. Selon un deuxième mode, on pulvérise sur les échangeurs une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambre#,dès lors recyclée dans l'installation, ce qui nécessite l'apport d'un appoint de solution. L'appoint de solution qui compense le distillat et le concentrat peut etre introduit en n 'im- porte quel point du circuit de la solution à l'intérieur de 1 'ins- tallation, de préférence dans le bas de la chambre la plus chaude. Par ailleurs, on précise que selon l'invention, la solution à traiter et ledit deuxième fluide peuvent provenir d'une même source ou être de nature différente. La présente invention a également pour objet un disposi- tif de distillation d'une solution. Ce dispositif du type emportant une pluralité de chambres C1 à Cn de vaporisation de la solution et de oendensation de la vapeur formée dont les pression et température sont, de la chambre C1 à la chambre Cn, progressivement décroissantes, chacune des chambres comportant un échangeur de chaleur, dit premier échangeur, dans lequel circule un fluide, dit premier fluide, et des moyens-pour alimenter en série lesdits premiers échangeurs de la chambre C à la chambre C1 et des moyens de communication entre n 1 les chambres pour assurer l'écoulement de la solution non vaporisée, se caractérise en oe que chacune des chambres comporte un échangeur de chaleur, dit deuxième échangeur, dans lequel circule un fluide dit deuxième fluide, des moyens pour alimenter en série lesdits deuxièmes échangeurs de la chambre C1 à la chambre C et des moyens pour permettre l'établissement dans chaque chambre d'un échange de chaleur entre la solution et le deuxième fluide. Selon une première variante de réalisation du dispositif de l'invention, lesdits moyens pour assurer l'établissement d'un échange de chaleur entre la solution et ledit deuxième fluide comportent des moyens pour établir sur la surface desdits deuxièmes échangeurs de chaleur un écoulement de solution sous la forme d'un film mince. Selon cette variante, les moyens pour établir l'écoulement de solution peuvent comporter soit des moyens pour pulvériser sur la surface desdits deuxièmes échangeurs la solution introduitedirectement dans chaque chambre, soit des moyens pour pulvériser sur la sagace desdits deuxièmes échangeurs une fraction de la so-- lution non vaporisée d'au moins l'une des chambres. Selon une deuxième variante de réalisation du dispositif, les moyens pour assurer 1 'établissement d'un échange de chaleur entre la solution et ledit deuxième fluide comportent des moyens pour établir dans les chambres une circulation de solution telle que lesdits deuxièmes échangeurs soient totalement immergés dans cette dernière, ces moyens pouvant comporter des moyens pour recycler dans les chambres une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambres. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au regard de la description qui suit d'exemples de réalisation d'une installation de distillation selon l'invention, destinée à convertir, par le procédé de l'invention, une eau saumatre telle que l'eau de mer en eau potable. Cette description sera faite au regard des figures schématiques annexées 1 à 3, sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, une première variante de réalisation Se l'installation de distillation selon l'invention, - sur la figure 2, une deuxième variante de réalisation de l'installation selon l'invention, - sur la figure 3, l'évolution des températures des fluides en présence dans chacune des chambres de l'installation les figures 1 et 2 une fois l'équilibre de fonctionnement de cette dernière atteint Dès à présent, on peut noter que l'installation de I' in- vention est particulièrement adaptée à une mise en oeuvre sur un site sur lequel deux fluides, de même nature ou différents, sont disponibles en quantité suffisante et présentent un écart de température approprie. Ainsi, il est avantageux de mettre en oeuvre l!installa- tion de l'invention en utilisant un débit d'eau de mer froide et un débit d'eau de mer plus chaude constitué par le rejet des condenseurs d'une centrale électrogène en bord de mer, l'écart entre les deux débits pouvant atteinre 150C. Bien entendu, il est possible d'utiliser comme fluide caloporteur dans l'installation de l'invention un rejet thermique quelconque. L'installation représentée sur la figure 1 comprend un certain nombre de chambres référencées Ci, la première d'ambre C1 étant à la température la plus élevée tandis que la dernière cham bre C est à la température la plus basse. n Selon la technique connue, chacune des chambres C. présente te dans sa partie inférieure un espace E1 d'évaporation d'une solution constituée dans cet exemple par de l'eau de mer, et dans sa partie supérieure un espace E2 de condensation de la vapeur formée, I'espace-E2 étant séparé partiellement de l'espace E par une cloison horizontale C formant plateau ou réceptacle recueillant le condensat produit dans la chambre. Selon l'une des caractéristiques essentielles de l'in- vention, l'espace E1 d'évaporation de chacune des chambres Ci est pourvu d'un échangeur de chaleur 2, par exemple tubulaire, et d'un pulvérisateur 7 d'eau de mer sur l'échangeur de chaleur 2. On précise qu'il convient d'entendre dans le présent texte, par pulvérisation, une projection sur l'échangeur de chaleur 2 de fines gouttelettes de solution ou un arrosage de l'échangeur par la solution. On note que l'espace E1 d'une chambre Ci communique avec l'espace E1 de la chambre Ci+1 par un passage 4 destiné à permettre un écoulement restreint d'eau de mer d'une chambre à l'autre sans écoulement de vapeur. D'autre part, l'espace E2 de chacune des chambres C est également pourvu d'un échangeur de chaleur 6. On note que chacun des échangeurs de chaleur 2 et 6 sont agencés, dans cet exemple, de façon à permettre un écoulement de fluide en série à travers l'ensemble de chambres Ci. On voit par ailleurs sur la figure 1 que l'installation comprend une conduite 8 d'admission dans 1' échangeur 2 de la chambre C1 d'un fluide chaud Fl, cette conduite 8 étant pourvue d'une pompe 10 et une conduite 12 d'admission dans l'échangeur 6 de -la chambre Cn d'un fluide froid F21 cette conduite 12 étant n pourvue d'une pompe 14. On précise que, dans la suite du présent texte, on désigne sous le terme eau de mer fraîche, l'eau de mazer nouvellement introduite dans l'installation ou appoint. Une installation selon l'invention comprend de préférence, pour l'alimentation des chambres en eau de mer fraîche1 une oon- duite 16 d'admission de cette dernière dans la chambre C1, cette conduite 16 étant pourvue d'une pompe 17, L'installation de la figure 1 est en outre pourvue d'une conduite d'évacuation 20 de l'eau de mer non vaporisée dans la chambre C ou saumure. Une partie de cette saumure passant dans n une pompe 22 est soutirée par une conduite 21 tandis que l'autre partie est recyclée dans les pulvérisateurs 7 par l'intermédiaire de la conduite 24 et des conduites 26 pourvues chacune d'une vanne de régulation 28 du débit de pulvérisation dans chacune des chambres Ci sur un échangeur 2. Par ailleurs, le condensat s'accumulant dans les réceptacles C et passant d'un réceptable à l'autre par un syphon est recueilli par la conduite 30 munie d'une pompe 31. On peut noter que, lorsque le fluide F1 est de l'eau de mer chaude, le débit d'alimentation des chambres en eau de mer fraîche peut être constitué par une fraction du débit d'alimentation des échangeurs 2 en fluide F1 alors introduite dans la chambre C1 par l'intermédiaire de la conduite 18 (en traits sixtes sur la figure 1) pourvue d'une vanne 19. Par ailleurs, on précise que l'alimentation des chambres en eau do mer fraîche peut en variante être effectuée en alimentant en série les pulvérisateurs 7 par la conduite 16' treprésen- tée en traits mixtes sur la figure 1), une communication étant à cet effet établie entre les pulvérisateurs 7 de deux chambres adjacentes. Cependant, on note que ce mode d'alimentation ne permet pas de régler indépendamment le débit de pulvérisation sur les échangeurs 2 et le débit d'alimentation des chambres en eau de mer fraîche. On a représenté sur la figure 2 une variante de réalisation de 11 installation de la figure 1. Selon cette variante, chacune des chambres Ci est pourvue d'une conduite 20 de recyclage de la saumure surelle contient dans le pulvérisateur 7 dont elle est pourvue, un soutirage de saumure 21 étant prévu dans la conduite 20 de recyclage final en aval de la pompe 22. L'appoint est introduit par 16. D'autre part, l'installation de l'invention comprend de façon connue, un ensemble de soutirage 32 des incondensables produits dans chaque chambre, comme représenté sur la figure 1. Il va de soi que la réalisation d'une installation de distillation selon 11 invention ne se limite pas aux variantes des figures 1 et 2. Ainsi, par exemple, les pulvérisateurs 7 de plusieurs chambres adjacentes peuvent être agencés de façon à permettre une pulvérisation dans ces dernières de la saumure de l'une quelconque des d'ambres. D'autre part, l'espace de condensation E2, placé, dans cet exemple, au-dessus de l'espace El peut être disposé différemment. il peut être situé notamment à coté de l'espace E1, une cloison pourvue d'orifices pour laisser passer la vapeur, étant alors placée entre E1 et E2. Le principe de fonctionnement de l'installation représentée sur les figures 1 et 2 est le suivant. Une fois l'équilibre de fonctionnement atteint, les chambres C1 à Cn, dans chacune desquelles de l'eau de mer est vaporisée et la vapeur formée condensée, sont maintenues à des températures progressivement décroissantes de la chambre C1 à la chambre C Plus précisément, l'évaporation de l'eau de mer dans chacune des chambres Ci résulte d'une part, d'une vaporisation par détente d'eau de mer s'écoulant d'une chambre à l'autre par les passages 4 et d'autre part, d'une évaporation à partir des calories fournies par le fluide chaud F1 dans les échangeurs 2. On a représenté sur la figure 3, le profil des températures des fluides présents dans les chambres Ci une fois l'équilibre de fonctionnement de l'installation atteint. Sur cette figure, les courbes Al et h représentent l'évolution de la température des fluides F1 et F2. Elles sont parallèles pour des fluides F1 et F2 de même nature et des débits de circulation de ces derniers dans les échangeurs 2 et 6 égaux. On note sur la figure 3, la décroissance des températures T #. Ti Tn de la vapeur dans chacune des chambres C1 à Cn, ces températures dépendant de la température d'entrée TC du fluide chaud F1 dans la chambre C1, de la température d'entrée TF du fluide froid dans la chambre C des débits des fluides F1 et F2 n et des caractéristiques des échangeurs 2 et 6. Pour des fluides chaud F1 et froid F2 donnés et des échangeurs de chaleur 2 et 6 présentant des caractéristiques données, le principe de mise en oeuvre de l'installation est le suivant Les débits de circulation des fluides Fi et F2 sont réglés pour l'obtention d'un débit de production de distillat donné et le débit de circulation de l'eau de mer dans les chambres est réglé pour l'obtention d'une saumure de concentration donnée. REVENDICATIONS 1. Procédé de distillation à basse température d'une solution du type selon lequel on évapore une partie de la solution dans une série de chambres C1 à Cn dont les pressions et les températures sont, de la chambre C1 à la chambre Cn, progressivement décroissantes, et on condense la vapeur formée dans chaque chambre par échange indirect de chaleur avec un fluide dit premier fluide, ledit premier fluide circulant de la chambre C à la cham n bre C1 et ayant en entrée de la chambre Cn une température TF, caractérisé en ce qu'on réalise dans chaque chambre une évaporation de la solution par échange indirect de chaleur avec un fluide dit deuxième fluide, ledit deuxième fluide circulant de la chambre C1 a la chambre C et ayant en entrée de la chambre C1 une température n TC supérieure à la temrbérature TF 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise dans chaque chambre l'échange de chaleur entre la solution et ledit deuxième fluide en établissant sur la surface d'un échangeur parcouru par le deuxième fluide un écoulement de solution sous la forme d'un film. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise dans chaque chambre l'échange indirect de chaleur entre la solution et le deuxième fluide en étiblissant dans les chambres une circulation de solution telle que dans chaque chambre un échangeur parcouru par le deuxième fluide soit totalement immergé dans la solution. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on recycle dans les chambres une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambres. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on établit sur la surface de l'échangeur ledit écoulement par pulvérisation de la solution introduite directement dans chaque chambre sans recyclage. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on établit sur la surface de l'échangeur ledit écoulement par pulvérisation d'une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambres. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite solution et ledit deuxième fluide sont de nature différente. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite solution et ledit deuxième fluide proviennent d'une 9. Dispositif de distillation d'une solution du type comportant une pluralité de chambres C1 à Cn de vaporisation de la solution et de condensation de la vapeur formée dont les pression et température sont, de la chambre C1 à la chambre Cn, progressivement décroissantes, chacune des chambres comportant un échangeur de chaleur, dit premier échangeur, dans lequel circule un fluide dit premier fluide, des moyens pour alimenter en série lesdits premiers échangeurs de la chambre Cn à la chambre C1 et des moyens de communication entre les chambres pour assurer l'écoulement de la solution non vaporisée, caractérisé en ce que chacune des chambres comporte un échangeur de chaleur, dit deuxième échangeur, dans lequel circule un fluide, dit deuxième fluide, des moyens pour alimenter en série lesdits deuxièmes échangeurs de la chambre C1 à la chambre Cn et des moyens pour permettre l'établis n sement dans chaque chambre d'un échange de chaleur entre la solution et ledit deuxième fluide. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens pour permettre l'établissement d'un échange de chaleur entre la solution et ledit deuxième fluide comportent des moyens pour établir sur la surface desdits deuxièmes échangeurs de chaleur un écoulement de solution sous la forme d'un film mince. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens pour permettre l'établissement d'un échange de chaleur entre la solution et ledit deuxième fluide comportent des moyens pour établir dans les chambres une circulation de solution telle que lesdits deuxièmes échangeurs soient totalement immergés dans cette dernière. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens pour établir dans les chambres une circulation de solution comportent des moyens pour recycler dans les champ bres une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambres. 13. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens pour établir sur la surface des deuxièmes échangeurs L'écoulement de solution comportent des moyens pour pulvériser sur ces derniers la solution introduite directement dans chaque chambre. 14. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens pour établir sur la surface desdits deuxièmes échangeurs l'écoulement de solution comportent des moyens pour pulvériser sur ces derniers une fraction de la solution non vaporisée d'au moins l'une des chambres. 15. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens pour pulvériser sur les deuxièmes échangeurs la solution comportent des rampes de distribution, chacune des chambres comportant au moins une rampe de distribution, et des moyens pour alimenter en parallèle lesdites rampes en solution. 16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens pour pulvériser une fraction de la solution non vaporisée d' au moins 1'une des chambres comportent des rampes de distribution, chacune des chambres comportant au moins une rampe de distribution et des moyens pour alimenter chacune des rampes par ladite fraction de solution non vaporisée.