Brevet FR2433963A1 — publié le 19800321

La présente invention a pour objet un procédé pour améliorer le coefficient de transfert dans les. tubes d'évaporation d'un évaporateur à flot tombant utilisé notamment pour concentrer un produit thermosens.ible. Dans l'industrie alimentaire, on est en effet souvent amené å concentrer des produits thermosensibles. C'est en particulier le cas du lait. Pour ce faire, il est connu d'utiliser un évaporateur à flot tombant. Un tel évaporateur peut être constitué par un corps d'evaporation comprenant des tubes d'évaporatìon dispose dans un corps de chauffe alimenté en vapeur de chauffage et reliant une chambre d'alimentation située a. la partie supérieure du corps. de chauffe à une chambre d'extraction située à la base de ce même corps de chauffe, et par un séparateur vapeurvliquide distinct. Pour éviter de détériorer les produits thermosensibles, il ne faut pas utiliser dans le corps de chauffe une vapeur de ehauffage de température trop élevée.Dans ces conditions, et comme on ne peut opérer qu'a des températures relativement basses, il est nécessaire pour des questions de rendement, d'augmenter àutrement le tauxde concentration Onamtamment essaye d'améliorer le coefficient de transfert dans les tubes de llévaporateur, Pour ce faire, il est connu d'alimenter l'évaporateur avec un liquide possédant une température supérieure à la température d'évaporation. Mais ce procédé n'est pas très satisfaisant car la temperature à laquelle on peut porter le produit thermosensible est limitée pourla raison déjà indiquée ciidessus-, à savoir le risque de détérioration du produit. On sait, par ailleurs, que le coefficient de transfert de chaleur dans des tubes est d'autant plus élevé que la vitesse de la vapeur 5% l'interieur de ces tubes est plus grande Sur la base de cette constatation, et pour pallier les inconvénients du procédé connu décrit ci-dessus, la présente invention propose un nouveau procédé qui consiste à recycler une partie de la vapeur provenant de l'évaporation du produit à concentrer en tête d'au moins une partie des tubes de l'évaporateur. Le recyclage de ladite vapeur permet donc d'améliorer le taux de concentration sans risque de détérioration du produit à concentrer On notera en outre que ce procédé est avantageux du point de vue économique, puisque la vapeur utilisée provient de ltévaporation meme du produit à concentrer et qu'il n'est donc pas nécessaire d'utiliser de vapeur extérieure. Selon un mode de réalisation de l'invention, les tubes peuvent. etre disposés dans un même corps d'évaporation, auquel cas une partie de vapeur provenant de l'évaporation du produit à concentrer est recyclée en tete de tous les tubes de.ltévaporateur. Selon une variante de ce mode de réalisation, il est également possible d'utiliser après recompression une fraction de ladite partie de vapeur comme vapeur de chauffage dans le corps de chauffe de l'évaporateur. Selon un autre mode de realisation de l'invention, les tubes peuvent etre disposés dans deux corps d'évaporation distincts parcourus en série par le -produit à concentrer. Les deux corps d'évaporation peuvent etre disposés soit dans deux enveloppes distinctes, soit côte-à-côte dans une meme enveloppe. Dans ces deux cas, la vapeur provenant du premier corps d'évaporation? c'est-à-dire celui recevant le produit le moins concentre, est recyclée en tête des tubes du second ou du premier et du second corps d'évaporation. Dans un autre mode de réalisation, les deux corps d'évaporation sont disposés l'un au dessus de l'autre dans une meme enveloppe, la chambre d'extraction du corps d'évaporation supérieur recevant le produit le moins concentre, à savoir le premier corps d'évaporation, étant confondue avec la chambre d'alimentation du corps d'évaporation inférieur, à savoir le second corps d'évaporationt Dans ce cas, la vapeur engendrée dans le premier corps d'évaporation est recyclée en tete des tubes de ce meme premier eorps. Cette variante permet de diminuer la perte de charge dans les tubes du second corps d'évaporation. Dans les modes de réalisation décriS ci-dessus, où les tubes sont disposés dans deux corps d'evaporation, il est possible d'utiliser une fraction de la vapeur provenant du premier corps d'évaporation comme vapeur de chauffage pour le corps de chauffe du premier et/ou du second corps d'évaporation. La vapeur peut être recyclée au moyen d'un circulateur mécanique, par exemple un ventilateur, ou au moyen d'un thermocompresseur, et de préférence un thermocompresseur à grand rendement, c'est-à-dire pour lequel le rapport vapeur recyclas est élevé. vapeur vive En ce qui concerne la fraction de vapeur éventuellement utilisée comme vapeur de chauffage, il est possible de 1' amener vers les différents corps de chauffe - soit par l'intermédiaire d'un recompresseur, dont le taux de compression est calcule en fonction de la différence de pression existant entre le separateur et le corps de chauffe, - soit par l'intermédiaire d'un thermocompresseur de chauffage i ce thermocompresseur aura de préférence un rendement- plus faible que le thermos compresseur a grand rendement pour le recyclage de la vapeur, s'il est utilise en parallèle avec ce dernier. Enfin, il est bien évident que l'evaporateur à flot tombant dont il a été fait mention précédemment peut -etre incorporé dans un système d'évaporation à multiple effets. Pour illustrer l'invention on a représenté sur les dessins annexés : - à la figure 1, une vue schématique d'une installetion dans laquelle est mis en oeuvre le premier aode-.de réalisation du procédé selon l'invention, à savoir le cas où la vapeur amenée en tête des tunes d'evaporation de l'évapora- teur provient de l'éval'évaporateur lui-meme ;; - a la figure 2, une vue schématique d'une installation dans laquelle est mis en oeuvre le second zode.de réalisation du procédé selon l'invention, à. savoir le cas où la vapeur amenée en tête des tubes d'evaporation de l'évaporateur provient d'un autre évaporateur appele premier évaporateur ; - à la figure 3 > une première variante de l'installation de la figure 2 et dans laquelle les deux évaporateurs sont disposés dans une meme enveloppe ;; - a la figure 4, une seconde variante de l'installation de la figure 2 et dans laquelle une fraction de la vapeur provenant du premier évaporateur est recy- clée en tête des stubes d'évaporation de ce même premier évaporateur ; - à la figure 5, une variante de l'installation de la figure 4 et dans laquelle le premier evaporateur et 'évaporateur sont disposes l'un audessus de l'autre; - a la figure 6, une variante de la figure i et dans laquelle une fraction de la vapeur engendrée dans l'évaporateur sert de valeur de chauffage pour le corps de chauffe de l'evaporateur. La figure 1 représente un évaporateur constitué d'un corps d'évaporation 1 comportant une chambre d'alimentation 2 munie d'une arrivée 3 de produit à concentrer et surmontant un corps de chauffe 4 pourvu en 5 d'une arrivée de vapeur de chauffage et en 6 d'une évacuation de la vapeur condensée et à l'in- térieur duquel sont disposés les tubes d'évaporation 7; et une chambre d'extrae tion 8 située à la base de ce corps L et reliée par une tubulure de sapeur 9 à un séparateur 10 à la partie superieure duquel la vapeur s'échappe par un conduit 11 tandis que le liquide separé, recueilli à la partie inférieusre audit séparateur est ramené par un conduit 12 vers le conduit 13 d'évacuation du produit concentre Une partie de la vapeur d'évaporation circulant dans le conduit 11 est envoyée dans la chambre d'alimentation 2, c'est-a-dire en tête des tubes de l'évaporateur, via un conduit de recyclage 14 puis un thermocompresseur 15 a Ce thermocompresseur 15 est de préférence un thermocompresseur à grand rendement dont le rapport vapeur recyclez est élevé, et peut être d'environ 5 à 10. vapeur vive En lieu et place du thermocompresseur 15, il est possible également d'utiliser un circulateur mécanique, par exemple un ventilateur, dont le taux de compression est très faible ce qui entraîne une faible puissance absorbe. La figure 2 représente un évaporatesur à flot bombant similaire à celui de la figure 1. Les mêmes parties y portent donc les mmes cotes. Cet évapora teur est précédé d'un autre évaporateurS appelé premier evaporateur. Dans le cas présent, ce premier évaporateur est également à flot tombant nais il pourrait etre d'un autre type. Le produit à concentrer est amené par le conduit 3' dans la chambre d'alimentation 2' du corps d'évaporation 1' dudit premier évaporateur Ce produit subit une première concentration dans les tubes 7t et arrive dans la chambre d'extraction 8' d'où il est repris par une pompe, et amené via le connu duit 3 dans la chambre d'alimentation 2. La vapeur engendrée dans le corps d'évaporation 1' s'échappe par un conduit 11' situé à la partie supérieure du séparateur tOt du corps d'évapora- tion 1', tout ou partie de cette vapeur étant acheminée par ce conduit 11' vers la chambre d'alimentation 2 du corps d'évaporation 1, ctest-à-dire en tête des tubes d'évaporation 7. Lorsque, pour une raison ou une autre, et notamment pour réduire la perte de charge dans les tubes.7 du corps d'évaporation 1, on désire qu'une partie seulement de la vapeur produite dans le corps d'vaporation t' soit envoyee dans la chambre d'alimentation 2, on ouvre plus ou moins. une vanne 16 montée sur un conduit 17 relié d'une part, au conduit 11', et d'autre peut, au conduit 11.Dans le cas représenté à la figure 2, les corps de chauffe IL et 4' des corps d'évaporation 1 et 1' respectivement, sont alimentés en vapeur de chauffage par les conduits 5 et 5' respectlvement, reliés à une même source de vapeur. il est bien évident que chaque corps de chauffe pourrait autre aliment té par de la vapeur de chauffage provenant de sources différentes. Enfin, il est encore à noter que la suppression du séparateur 10' ne modifierait en rien le fonctionnement de l'installation et le principe de l'invention.De mêmes le sens de circulation du produit à concentrer pourrait être inversé, c'est-à- dire que ce produit pourrait d'abord subir une évaporation dans le corps d'évaporation 1, puis subir une autre évaporation dans le corps ctevaporation 1' La figure 3 représente un évaporateur constitue de deux corps d'évapo- ration disposés côte-àcôte dans une meme enveloppe. Plus précisément, cet évaporateur comprend un corps de chauffe 19 alimente en vapeur par un conduit 2C ce corps reliant une chambre d'alimentation 2 située à sa partie supérieure et une chambre d'extraction 8" située à sa base.La chambre d'alimentation 2" est divisée par une cloison verticale 21 en deux chambres plus petites 2' et 2. De même, la chambre d'extraction 8" est divisée par une cloison verticale 22 en deux chambres plus petites 8' et 8. Les cloisons 21 et 22 sont situées l'une au-dessus de l'autre dans un même plan vertical. Les chambres 2' et 8' forment ainsi avec les tubes d'evapo ration 7' correspondants du corps de chauffe 19 un premier corps d'évaporation, les chambres 2 et 8 formant avec les tubes d'évaporation 7 restants de ce corps 19, un second corps d'évaporation. Le produit à concentrer est introduit dans la chambre d'alimentation 2' par un conduit 3' , le produit préconcentré issu de la chambre d'extraction 8' étant amené via une pompe et un conduit 3 dans la chambre d'alimentation 2.La vapeur d'évaporation engendrée dans le premier corps d'évaporation est amenée par un conduit 11' dans la chambre d'alimentation 2, c'est-à-dire en tete des tubes d'évaporation 7. L'installation objet de cette figure 3, ne diffère donc de ltinstslla tion objet de la figure 2 que par la suppression du séparateur 10', du conduit 17 et de la vanne 16, ainsi que par la disposition des deux corps d'evaporation 1 et 1' dans une enveloppe unique. il est bien certain qutil aurait été possible de conserver le séparateur 10' ainsi que le conduit 17 et la vanne 16, sans rien modifier au principe de l'installation objet de la figure 3. L'installation de la figure 4 est, quant à elle, semblable à celle de la figure 2, si ce n'est que le conduit 118 porte en dérivation un conduit 23 en relation avec un thermocompresseur ou un recompresseur mécanique de vapeur 24, lui-même relie par un conduit 25 à la chambre d'alimentation 2' du corps d'évaporation 1'. Grâce à cette disposition, une partie de la vapeur engendrée dans le corps d'évaporation 1' est recyclée en tête des tubes d'évaporation de ce meme corps d'évaporation. On améliore donc ainsi le coefficient de transfert dans les tubes des deux évaporateurs. De plus, le conduit 1T et la vanne 16 pourraient être prévus comme dans le cas de la figure 2. Selon la figure 5, l'évaporateur est constitue de deux corps d'évapo- ration 1' et 1 disposés l'un au-dessus de l'autre et dans une meme enveloppe, la chambre d'extraction du corps d'évaporation 17 étant confondue avec la chambre d'alimentation du corps d'evaporation 1 en une chambre unique 26. Le produit à concentrer arrive par le conduit 3' dans la chambre d'alimentation 2' du corps d'évaporation supérieur 1-'. il traverse ensuite les tubes d'évaporation 7 , arrive dans la chambre 26 et traverse enfin les tubes d'évaporation 7 du corps d'évaporation inférieur 1. La vapeur engendrée dans les tubes d'évaporation 7T est-partiellement recyclée vers la chambre dtalimen- tation 2', etest-à-dire en tête des tubes d'évaporation 7', et ce via un sépia rateur 10' (dont la présence n'est pas nécessaire), un conduit 23, un thermocompresseur ou un recompresseur mécanique de vapeur 24 et un conduit 25. La vapeur produite dans les tubes 7' et non recyclée, traverse quant à elle les tubes dlévaporation 7 où elle se mêle à la vapeur engendrée dans ces memes tubes; l'ensemble de cette vapeur arrivant dans la chambre d'extraction 8 du corps d'évaporation 1 est ensuite dirigée vers un condenseur ou un effet suivant. Enfin, la variante de la figure 6 ne se distingue de l'installation objet de la figure 1 que par l'adjonction sur le-conduit14, d'un conduit de dérivation 27 en relation avec un thermocompresseur ou un recompresseur mécanique de vapeur 28, lui-meme relié au corps de chauffe 4 par l'intermédiaire d'un conduit 29. Ce circuit de dérivation permet donc de prélever une partie de la vapeur provenant de ltévaporation du produit à concentrer et de l'utiliser comme vapeur de chauffage de l'évaporateur. Il faut également noter que, tout comme dans le cas de la figure 1, le thermocompresseur 15 peut être remplace par un recompresseur mécanique de vapeur. Lorsque 15 et 28 représentent tous deux des recompresseurs mécaniques, il se pourrait que toute la vapeur engendrée dans l'évaporateur soit utilisée dans le corps de chauffe 4 et en tête des tubes d'év poration 7 ; aucune vapeur ne serait alors dirigée vers un condenseur ou un effet suivant comme cela est le cas représenté à la figure 6 Il est bien certain qu'un tel circuit de dérivation 27, 28, 29 peut etre adapte notamment aux installations des figures 2 à 5. Ainsi, une fraction de la vapeur d'évaporation produite dans l'un et/ou l'autre des deux évaporateurs peut servir comme vapeur de chauffage pour l'un et/ou l'autre ou l'ensemble des deux évaporateurs. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer le coefficient de transfert dans les tubes d'évaporation d'un évaporateur à flot tombant utilisé pour la concentration d'un produit et notamment d'un produit thermosensible, caractérisé en ce qu'une partie de la vapeur provenant de ltévaporation du produit à concentrer est amenée en tete des tubes d'évaporation de l'évaporateur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur amenée en tete des tubes d'évaporation de ltévaporateur provient de cet évaporateur lui-meme. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vapeur est amenée en tête des tubes d'évaporation par l'intermédiaire d'un thermocompresseur ou d'un recompresseur mécanique de vapeur. 4. Procédé selon la revendication 1, caractbrisé en ce que la vapeur amenée en tete des tubes d'évaporation de l'evaporateur provient d'un autre évaporateur, appelé premier évaporateur. 5. Procédas selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une fraction seulement de la vapeur provenant du premier évaporateur est amenée en tete des tubes d'évaporation de l'autre evaporateur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractériv sé en ce que le premier éslaporateur est un évaporateur à flot tombant, 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qutune fraction de la vapeur provenant du premier évaporateur est recyclée en tete des tubes d'evaporation de ce meme premier évaporateur. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux évaporateurs sont disposés l'un au-dessus de l'autre, la chambre d'extraction du premier évaporateur occupant la position supérieure, étant confondue avec la chambre d'alimentation de l'autre évaporateur occupant la position inférieuree 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications T et 8, caractérisé en ce que ladite fraction de vapeur est recyclée par l'intermédiaire d'un thermocompresseur ou d'un recompresseur mécanique de vapeur. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux évaporateurs sont disposés dans une même enveloppe 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caract risé en ce qu'une fraction de la vapeur provenant de l'évaporateur est utilisée comme vapeur de chauffage du corps de chauffe dudit évaporateur, 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'une fraction de la vapeur provenant de l'un et/ou l'autre des deux évaporateurs est utilisée comme vapeur de chauffage pour l'un et/ou l'autre ou l'ensemble des deux évaporateurs. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une fraction de la vapeur provenant du premier évaporateur est utilisée comme vapeur de chauffage du corps de chauffe dudit premier évaporateur. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11, 12 et 13, caractérisé en ce que ladite fraction vapeur est amenée dans ledit corps de chauffe par l'intermédiaire d'un thermocompresseur ou d'un recompresseur mécanique de vapeur.