Brevet FR2448375A1 — publié le 19800905

Pour le traitement de liquides corrosifs, notamment pour la concentration d'acide sulfurique, on a proposé de mettre en oeuvre des bouilleurs-évaporateurs horizontaux à enceinte d'allure cylindrique parcourue par le liquide à traiter dune part et par de la vapeur d'eau ou autre fluide-caloporteur d'autre part, les deux flux étant en relation d'échange thermique. Plus précisément, l'enceinte en question est équipée de tubes échangeurs de chaleur horizontaux qui sont parcourus par la vapeur d'eau et baignés par le liquide à traiter, par exemple par l'acide sulfurique à concentrer. Compte tenu du caractère corrosif du mi entre autres. lieu, le matériau auquel on a recours couramment est le verre, Un appareil de ce genre est décrit dans la demande de brevet français du 18 juin 1976 publié sous le No. 2 355 267o La présente invention concerne des perfectionnements apportés à un tel appareil en vue d'en faciliter la construction et d'en améliorer les perfornances. Conformément à une particularité technique de la présente invention, on dispose, à l'intérieur de l'enceinte et à sa partie inférieure, une série de chicanes verticales échelonnées dans le sens de la longueur du bouilleur et constituées de plaques perforées que traversent les tubes échangeurs horizontaux et qui et ra in les maintiennent, ces chicanes favorisant la distribution verticale/ du flux de vapeurs d'acide sulfurique ou autre liquide soumis à ébullition. Dans le cas usuel dtune enceinte d'allure cylindrique, les chicanes auront avantageusement un pourtour circulaire en totalité ou en partie et seront montées de façon à tangenter sensiblement la partie inférieure de l'enceinte. Les trous ménagés dans les chicanes verticales pour le passage des tubes échangeurs horizontaux sont disposés selon un modèle de répartition qui a son importance sur le plan de l'effi- cacité des phénomènes de circulation du liquide et d'échanges thermiques. Ainsi l'on obtient un résultat très satisfaisant en optant pour un modèle de répartition uniforme simple du type à maille triangulaire équilatérale, les trous étant répartis régulièrement sur des cercles concentriques.Toutefois, dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, particulièrement indiqué pour les produits visqueux tels que l'acide sulfurique et pour des fonctionnements de l'enceinte sous vide, le mode de répartition des trous se présente selon une disposition symétrique de part et d'autre d'une bande verticale pleine --par conséquent dépourvue de tubes échangeurs-- de façon à laisser libre un passage médian, ce qui favorise la turbulence verticale et radiale par un effet d'entranement du liquide par les vapeurs dans ledit passage médian formant cheminée centrale. Si lion se trouve en présence d'ébullitions à faible gradient de chauffage nécessitant une plus grande surface de chauffe, on aura intérêt à avoir recours à une variante de modèle de répartition de trous occupant l'ensemble de la partie inférieure de l'enceinte du bouilleur, ce modèle de répartition ayant une allure semi-circulaire et les chicanes étant de forme correspondante. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique en élévation de profil d'un bouilleur-évaporateur aménagé conformément à la présente invention. Les figures 2 à 5 représentent schématiquement, en coupe transversale, quatre modes de réalisation de modèles de répartition de trous dans des plaques perforées formant chicanes. Le bouilleur représenté sur la figure 1 comporte une enceinte cylindrique 1 d'axe horizontal constituée d'un corps 2 de grand diamètre se raccordant à deux tronçons terminaux 5 dont la hauteur décrott jusqu'à la dimension nécessaire à l'aménagement d'un faisceau de tubes échangeurs horizontaux 4 débouchant à leurs extrémités, à travers des plaques d'étanchéité 5, dans des collecteurs de vapeurs d'eau (non représentés)0 Lienceinte 1 est munie à sa partie supérieure d'une tubulure 6 pour 'évacuation des vapeurs provenant du liquide en ébullition baignant les tunes échangeurs 4 et d'une tubulure 7 pour l'introduction dans le bouilleur de tous dispositifs de contrtle et de sécurité.A la partie inférieure de l'enceinte 1 sont prévues une entrée de liquide dilué en 8 et une sortie de liquide concentré en 9. Conformément à la présente invention, les tubes échangeurs horizontaux 4 sont supportés dans l'enceinte ; par une série de chicanes verticales 10 formées de plaques perforées que traversent lesdits tubes 4 et qui servent d'organes déflecteurs d'orientation verticale du flux d'évaporation du liquide bouillant, par exemple de ltacide sulfurique0 Le niveau de liquide par rapport au sommet des tubes est réglé d'une part pour réduire au maximum la charge hydrostatique, ce qui abaisse le point d'ébullition de l'acide et, d'autre part pour augmenter le volume libre au-dessus des tubes, ce qui augmente le débit d'évaporation. En favorisant le mouvement vertical et radial du flux d'évaporation, les chicanes 10 limitent le flux de mélange longitudinal ou axial et permettent --pour les liquides dont la variation du point d'ébullition est une importante fonction de la concentration-- dtaugmenter le gradient thermique moyen de L'échange thermique. L'évaporation s'effectue dans des intervalles successifs a,b,c,d, où la température d'ébullition augmente progressivement de l'entrée 8 du liquide dilué jusqu'à la sortie 9 du liquide concentré. L'augmentation du nombre des chicanes 10 favorise la turbulence et augmente le -coefficient de transfert thermique. Elles peuvent entre de n'importe quel matériau : le polytétr & uoréthy- lène convient dans le cas de l'acide sulfurique. A titre d'exemple, on a procédé à la concentration de l'acide sulfurique de 85 à 95% sous 10 torr jusqu'à une température 1700C. La vapeur utilisée dans les tubes 4 était sous 15 bars de pression relative. La disposition des tubes 4 et la mise en place Judicieuse des chicanes 10 ont permis d'obtenir un coefficient de transfert thermique de 2500 Kcal/h/m2/0C. Le transfert thermique s'effectue sous un gradient de 20 à 40% supérieur au gradient que l'on obtient dans les dispositifs classiques du type thermo-syphon dans lesquels le liquide concentré est mélangé au liquide dilué, ce qui augmente le point d'ébullition de l'acide recyclé et diminue le gradient thermique d'échange. On voit sur les figures 2 à 5 quatre modèles différents de répartition de trous sur les chicanes verticales disposées à la partie inférieure de l'enceinte cylindrique 1. Dans le cas de la figure 2, la chicane est constituée d'une plaque circulaire perforée 10A dont les trous 11 forment un système de type à maille triangulaire équilatérale, les trous 11 étant répartis régulièrement sur des cercles concentriques. Dans le cas de la figure 3, la chicane est constituée d'une plaque perforée lOB ayant une configuration formée d'un demicercle inférieur surmonté d'un demi-cercle supérieur de plus faible rayon, Les trous 11 sont ici pratiqués de part et d'autre d'une bande centrale pleine 12 qui ménage, au sein du faisceau tubulaire, un espace médian libre d'obstruction formant en quelque sorte une cheminée centrale dans laquelle les vapeurs du liquide en traînent celui-ci en favorisant une turbulence verticale et radiale (voir flèches f). Ce mode de répartition tubes trous L:e la plaque 1 OB est très efficace, en particulier sous vide (par exemple 10 torr) et sur des produits visqueux (acide sul@@ique à 95%). La plaque i OG de la figure 4 est en demi-lune avec des trous il en rangées étagées de bas en haut sur L'ensemble åe la partie inférieure de l'en@einte 1. Ce mode de répartitions des trous s'applique avantageusement aux ébullitions à faiblen gradients de chauffage, nécessitant une plus grande su:Ciace de chauffa On notera que dans toua les cas les plaques-chicares 10A2 10B2 10C présentent un pourteur au moins pour partie circulaire épousant ou tangentant partiellement la partie inférieure de la paroi de l'enceinte cylindrique 1. La plaque 10D de la figure 5 présente une variante de la figure 4 par adjonction de deux passages 13 pour le liquide, ces passages 13 ayant toute configuration désirée et notamment celle de triangles curvilignes illustrés sur le dessin. REVESuDICATIONS ONS 10 Bouilleur-évaporateur horizontal à enceinte paroou- rue par le liquide à traiter baignant des tubes échangeurs de chaleur horizontaux véhiculant de la vapeur d'eau ou autre fluide caloporteur, caractérisé en ce qu'on dispose, à l'intérieur de l'enceinte et à sa partie inférieure, une série de chicanes verticales échelonnées dans le sens de la longueur du bouilleur et constituées de plaques perforées que traversent les tubes échangeurs et qui les maintiennent en position. 2. Bouilleur-évaporateur selon la revendication I, caractérisé en ce que l'enceinte présente un corps cylindrique et les chicanes ont un pourtour circulaire en totalité ou en partie, et en ce que lesdites chicanes sont montées de façon à épouser ou à tangenter sensiblement la partie inférieure de l'enceinte. 3. Bouilleur-évaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les trous ménagés dans les chicanes pour le passage des tubes échangeurs sont disposés selon un modèle de répartition uniforme du type à maille triangulaire équilatérale, les trous étant répartis régulièrement sur des cercles concentriques. 4. Bouilleur-évaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les trous ménagés dans les chicanes pour le passage des tubes échangeurs sont répartis selon une disposition symétrique de part et d'autre d'une bande verticale pleine de facon à laisser libre un passage médian formant cheminée centrale au sein du faisceau tubulaire. 5. Bouilleur-évaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les trous ménagés dans les chicanes pour le passage des tubes échangeurs occupent l'ensemble de la partie inférieure de l'enceinte du bouilleur, la répartition de ces trous ayant une allure semi-circulaire et les chicanes étant de forme correspondante. 6. Application du bouilleur-évaporateur selon une quelconque des revendications précédentes à la concentration d'acide sulfurique.