Brevet FR2419093A1 — publié le 19791005

L'Evaporation à basse température, c'est-a-dire entre 10 et 300C est souvent nécessaire pour réaliser la concentration de solutions fragiles ou sensibles à la température comme le sont beaucoup de produits pharmaceutiques ou de produits alimentaires. Il faut donc, dans ce cas, réaliser l'évaporation à une température inférieure ou égale à la température de l'eau de refroidissement disponible, ce qui est impossible avec les systèmes d'évaporation conventionnels. On est donc amené å avoir recours b des artifices tels que le sous-refroidissement de l'eau de condensation par une machine frigorifique, ou la recompression de la vapeur d'évaporation par un système à jet de vapeur dit "amplivide". Ces artifices ont tous 1'inconvénient de consommer beaucoup d'énergie. Le dispositif, objet de l'invention, proposé par la demanderesse, consiste en un système d'évaporation constitué essentiellement d'un échangeur dans lequel est réalisée ltévaporation de la solution à concentrer (dit : évaporateur) et d'un échangeur dans lequel est réalisée la condensation de la vapeur sépare (dit s condenseur) associés entre eux par un dispositif de pompe à chaleur, comprenant un compresseur aspirant un fluide caloporteur ayant traversé le condenseur et le refoulant à travers ltévaporateur, et d'autre part un détendeur maintenant une différence de pression déterminée entre l'évaporateur et le condenseur, l'extraction du produit concentré s'effectuant à la sortie de l'évaporateur, dans un séparateur. Un dispositif conforme à l'invention sera maintenant décrit, en se référant à titre d'exemple au schéma représenté à la figure unique annexée. Suivant ce dispositif, un échangeur E travaillant en évaporateur reçoit d'une part un fluide caloporteur en phase vapeur et, sous une pression déterminée P, est introduit par le conduit 1 dans le corps de ltévaporateur E où il se condense, cédant ainsi à la solution å concentrer introduite par le conduit 2 la chaleur nécessaire à sa vaporisation. Le mélange de solution concentrée et de vapeur sort de l'évaporateur par le conduit 3 et est séparé dans le séparateur S, la solution concentrée étant extraite par le conduit 4 et la vapeur d'évaporation par le conduit 5. Le fluide caloporteur condensé est extrait à la partie inférieure de l'évaporateur E, de manière continue, en phase liquide par le conduit 6 et envoyé dans le corps du condenseur P où s'exerce une pression inférieure b la pression du corps de l'évaporateur E. Un détendeur D règle automatiquement la différence de pression. Le fluide caloporteur en phase liquide est vaporisé dans le condenseur F grtce aux calories qui lui sont apportées au moyen du conduit 5 par la vapeur d'évaporation extraite du séparateur S. Cette vapeur se condense dans le condenseur F et le condensat liquide ainsi créé est extrait par le conduit 7. Le fluide caloporteur ainsi vaporisé est aspiré à travers le conduit 8 par le compresseur C qui le refoule à la pression P, toujours en phase vapeur-, dans le corps de l'évaporateur E, bouclant ainsi le circuit fermé de ce fluide qui est en tous points le circuit réalisé dans une pompe à chaleur. L'évaporateur de solution E constitue le condenseur de fluide caloporteur et le condenseur de vapeur F constitue l'évapo- rateur de fluide calopor#eur. Un tel dispositif est absolument autonome. Il ne nécessite que de l'énergie électrique, ce qui évite les frais d'installation d'une chaudière. La consommation d'énergie est faible : 50 à 100 kYh par tonne d'eau évaporée, ce qui permet un cotit énergétique d'exploitation de 4 à 10 fois inférieur à celui de l'évaporateur conventionnel fonctionnant à la mtme température. L'anoniac ou n'importe quel fluide frigorifique peut autre utilisé comme fluide caloporteur. L'appareillage représenté n'a valeur que d'exemple g en effet, le dispositif peut comporter n'importe quel type d'évaporateur et de condenseur, les surfaces d'échange peuvent entre tubulaires ou à plaques, les circulations de fluide en ébullition peuvent titre ascendantes ou descendantes, en film ou du type noyé ou arrosé, les fluides condensants peuvent être situés de part ou d'autre de la surface d'échange. Les exemples ci-dessous montrent des cas particuliers d'application de l'invention pour la concentration de jus de fruits et de produits pharmaceutiques t Exemples d'auPlication t - CONCENTRATION DE JUS DE FRUITS Les jus de fruits sont stockés à + 50C et doivent titre concentrés à basse température, de l'ordre de 25000 Lt évaporation représente 80 % du poids de jus de fruits alimentés. L'évaporateur est du type représenté à la figuré unique. Le fluide caloporteur est l'ammoniac. La température d'ébullition de l'ammoniac dans le condenseur F est de 1000 sous une pression de 6,3 atmosphères absolues. La température de condensation de l'ammoniac dans l'évaporateur E est de 3500 sous une pression de 13,8 atmosphères absolues. Les jus de fruits sont concentrés à la température de 250C, l'énergie apportée au système par l'intermédiaire du compresseur correspondant à une élévation de température des jus alimentés de 200C. La consommation d'énergie est de 100 kWh par tonne de jus de fruit traité. 2- - CONCENTRATION DE PRODUITS PHARMACEUTIQUES Les jus de culture d'antibiotiques à 8 % de matières sèches doivent entre concentrés à 40 % de matières sèches. Ils sont alimentés à une température de 15 C, qui ne doit-pas dépasser 350C au cours de l'opération0 L'évaporateur est du type à tubes horizontaux arrosés. Le fluide caloporteur est du dichlorodifluorométhane, dont la température d'ébullition est de 10 C sous une pression de 4,3 atmosphères absolues, et sa température de condensation est de 3500 sous une pression de 8,75 atmosphères absolues. Les jus d'antibiotiques sont concentrés à la température de 250C, ce qui nécessite d'éliminer dans l'ambiance une partie des calories de surchauffe du gaz comprimé. Ceci est réalisé par un échangeur auxiliaire placé au refoulemént du compresseur sur le circuit de gaz reliant le compresseur à l'évaporateur. La consommation d'énergie électrique est de 125 kWh par tonne d'eau évaporée. REYENDICATIONS 1. Installation d'évaporation k basse température, notamment pour la concentration de solutions fragiles ou sensibles k la température, tels que produits pharmaceutiques ou alimentaires, caractérisée par ceci quelle comporte, en combinaison, un premier échangeur (E) pour l'évaporation de la solution à traiter, un second échangeur (F) pour la condensation de la vapeur séparée de ladite solution, et un dispositif de pompe à chaleur formé d'un compresseur (C) aspirant un#fluide caloporteur ayant traversé le condenseur et le refoulant à travers l'évaporateur, et d'autre part un détendeur (D) qui maintient une différence de pression déterminée sur le circuit de retour du fluide caloporteur de l'évaporateur (E) vers le condenseur (F > . 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par ceci que le fluide caloporteur est un fluide frigorifique quelconque tel que l'ammoniac ou le dichloro-difluorométhane. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée par ceci que les échangeurs sont de tout type approprié.