Brevet FR2451210A1 — publié le 19801010

L'invention est relative à un procédé pour distiller des liquides dans au moins deux ensembles de distillation successifs travaillant à des niveaux de température différents, dans lequel procédé le liquide à distiller est vaporisé dans chacun des ensembles de distillation précités et la vapeur produits est condensée par échange thermique avec un liquide circulant dans l'ensemble de distillation suivant travaillant à un niveau de tem- pérature différent, pour former le distillat. L''nvention est relative également à un dispositif pour la mise sn oeuvre de ce procédé. Les procédas de distillation connus, notamment pour la distillation d'eau de mer, appartiennent à la vaporisation dite à tubes verticaux et à la distillation à détente en plusieurs éta- ges. Ces deux genres de procédés présentent des inconvénients qui se présentent particulièrement dans l'application du procédé à la concentration, par exemple pour concentrer des eaux industrielles usées. Dans la vaporisation à tubes verticaux, la vaporisation du liquide s'effectua le long de la surface intérieure de tubes d'échangeur thermique. La pollution qui en résulte des surfaces d'échange thermique constitue un inconvénient inhérent à ce procédé. Lorsqu'on utilise la distillation par détente en plusieurs étages. pour concentrer des solutions, un inconvénient est qu'une seule et même solution concentrée doit parcourir toute la plage de température de l'installation de distillation, ltéléva- tion du pcint d'ébulliticn du liquide à distiller et l'augmenta- tion de viscositá défavorisant essentiellement la fonction ou le fonctionnement de l'installation de distillation. D'autre part, lorsqu'on utilise ce procédé, l'installation de distillation doit comporter un nombre extraordinairement grand d'étages, lorsqu'on cherche à maintenir à une valeur raisonnable l'élément composant le plus coûteux de l'installation de distillation, à savoir le faisceau de tubes du condenseur. Ceci tient au fait que la différence de température-entre la vapeur qui se condense et le liquide de refroidissement est d'autant plus grande que la chute de température du liquide qui se condense est plus faible par phase de distillation. L'invention a donc pour but, en éliminant les inconvénients des procédés connus, de fournir un procédé et un disposi tif pour la mise en oeuvre de ce procédé de distillation de liquides, dans lequel on peut mettre 3 profit, dans des limites déterminées de la variation de température, qui se produit dans une phase de distillation, du liquide, sans avoir à augmenter inutilement le nombre de phases de distillation. dss liquides ds diverses concentrations pouvant être traités à des températures différentes, de sorte que l'élévation du point d'ébullition at l'augmentation de la viscosité ne se manifestent pas entièrement dans ltensemble de la plage de température ; en outre, la vaporisation du liquide à distiller doit être effectuée à partir de l'état liquide libre et, par conséquent, on psut éviter de polluer les surfaces de l'échangeur thermique. Ce problème est résolu, conformément à l'invention. par un procédé dans lequel le liquide à distiller est vaporisé dans l'un au moins des ensembles de distillation et est condensé dans au moins deux phases de distillation. Ls dispositif pour mettra sn oeuvre cs procédé comporte au moins deux ensembles de distillation successifs, qui travaillent à des niveaux de température différants, dans lequel dispositif le liquide à distiller sst vaporisé dans chacun dss ensem- bles de distillation et la vapeUr produits par échange thermique avec le liquide, qui traverse l'ensemble de distillation travaillant au niveau de température immédiatement inférieur, est condenséeselon un distillat, et il est caractérisé en ce qu'au moins l'un des ensembles de distillation comprend au moins deux phases de distillation. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'ai- de d'un de ses modes de réalisation pris à titre illustratif, mais nullement limitatif, en se référant au dessin annexé. La figure unique du dessin représente un schéma d'une installation de distillation composée d'un certain nombre d'ensembles de distillation ou modules I, II .... N, disposés à la suite l'un de l'autre. Chaque module comporte plusieurs phases le distillation V1, V2, ... Vm équipées chacune d'un évaporateur et d'un condenseur qui sont raccordés l'un à l'autre de tells manière que la vapeur produite dans l'évaporateur puisse s'écouler dans le condenseur et s'y condensersous forme de distillat. Ainsi, par exemple, l'évaporateur 111 et le condenseur 141 du module I appartiennent à la première phase de distillation V1 l'évoparateur 12I et le condenseur 15I 3 la seconde phase ds distillation V2 et l'évaporateur 13I et le condenseur 16I à la dernière phase de distillation Vm. Les évaporateurs 11I, 12II et 13I sont raccordés l'un à l'autre de telle manière que le liquide distiller puisse s'écouler de l'évaporateur 11I à l'évaporateur 12I puis à travers les évaporateurs successifs, sans que la valeur puisse s'écouler d'un évoparateur à l'autre. Le liquide à distiller s'écoule, dans le module I, dans l'évaporateur 11I, où une partie du liquide est vaporisée et cette vapeur se condense dans le condenseur 14I. Le liquide à distiller s'écoule ensuite dans l'évaporatuer 12I, où règne uns pression plus petite que dansl'évaporatuer 11I et une autre partie du liquide à vaporiser est vaporisée. Au cours de cette évaporation, le liquide de distillation se refroidit ; le liquide de refroidissement est extrait par une pompe 17 du dernier éva- porateur 13I et parvient dans un réchauffeur 10 où le liquida à distiller est réchauffé par apport de chaleur extérieure. Ou réchauffeur 10, le liquide réchauffé revient à l'evaporateur 11I. in liquide traversant les condenseurs 16I,15I et 14I du module I s'échauffe par absorption de chaleur de vaporisation de la vapeur qui se condense. Du condenseur 14I, le liquide condensé s'écoule, par un tube 22, dans le premier évaporateur 1II du module II, où règnent une plus faible pression et une plus faible température que dans le premier évaporateur 11I du module I. Le liquide se vaporise dans les évaporateurs 11II, 12II et 13II du module II, où le liquide se refroidit et s'écoule, à travers un tube 20, une pompe 18 et un tube 21 dans les condenseurs 16I, 15I et 14I du module I, qui fonctionnent ainsi comme réchauffeurs pour le module II. Le processus de distillation se propage ainsi, d'une manière appropriée, d'un module à l'autre, jusqu'à ce que l'éner- gie calorifique fournie initialement au réchauffeur 10 soit transmise à un liquide de refroidissement, traversant les conlenseurs 16N, 15N et 14N du module N, lequel est injecté à l'aide d'une pompe 28 par un tubs 26 et sort du système par un tube 27. Le liquide å distiller peut être introduit dans le système par un tube 29, par exemple dans le dernier module N. Ce liquide se distille en partie dans le module N, le reste est introduit ensuite dans les modules suivants. Une pompe alimentaire 24" envoie le liquide à distiller, par un tube 25", dans le circuit de liquide du module III, duquel une partie du liquide à distiller pénètre par un tube 23', une pompe 24' et un tubs 25', dans le circuit de liquide du module II. Du circuit ds liquide du module II, une partie du liquide à distiller s'écoule par un tubs 23, une pompe 24 et un tube 25, dans le circuit de liquide du module I. Le concentrat obtenu est évacué par un tube 30 du circuit de liquide du module I.L'introduction du liquide à distiller initial peut s'effectuer, en fonction de la température, dans n'importe quel module, et le concentrat obtenu psut être extrait, en fonction de ses propriétés, de n'importe quel module. Le distillat peut être séparé de n'imports quel module Ia II ... N par des tubes 31I, 31 31N ou être ex II N trait du module N travaillant au niveau de température inférieur par réunion de tous les distillats dans ls module N, par le tube 31N. Dans le procédé conforme à l'invention, la concentration du liquide dans chaque module I, II ... N psut être rdglés en fonction ds l'écart ds concentration avac ls liquide qui s'écoule dans le module suivant, ce qui constitue un avantage important, notamment pour la concentration de solutions telles que des eaux usées industrielles. nans ce cas, l'augmentation du point d'ébullition de liquide n'agit que sur une partie de la plage de température.D'autre part, les additifs nécessaires pour empêcher la corrosion et l'incrustation dans chaque module, peuvent être adaptés séparément ou peuvent être concentrés automatiquement dans les circuits de liquide, où la concentration de liquide est la plus grande. Oans le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, les condenseurs peuvent être montés, en utilisant des tubes horizontaux disposés essentiellement en dessous des surfaces libres de liquide des évaporateurs, de sorte que le liquide, à la traversée des condenseurs, n'est pas vaporisé. L'ensemble de l'installation de distillation peut être construit à l'aide de modules de nature identique, ce qui permet de réaliser des éco- nomies pour l'étude et la fabrication de l'installation de disillation. Lorsque la différence des températures maximale et minimale T1-Tc est désignée par #0T, l#élévation de température l'ébullition est désignée par #1T et la chute de température du liquide à son passage par toutes les phases de distillation d'un module par ST, la différence logarithmique moyenne de température entre la vapeur et le liquide de refroidissement traversant le condenseur est donnée par : Cette différence de température ss T a une influence essenielle sur la grandeur des éléments les plus coûteux de l'installaion de distillation c'est-à-dire les condenseurs.De la formule ci-dessus, on peut tirer que la différence de température 4 r est fonction de la chute de température du liquide à distiller par phase de distillation, c'est-à-dire du rapport sT/m, comme pour la distilla- tion à plusieurs phases de détente. La différence essenti311e réside en ce que, dans le procédé de distillation à plusieurs phases de détente, lorsque la grandeur SOT est déterminée, on ne peut agir que sur le rapport #T/m qu'en augmentant le nombre des phases de distillation.Dans 12 procédé conforme à l'invention au contraire, le rapport #T/m peut être réglé indépendamment le la différence de température #0T en faisant varier le débit du liquide dans chaque module I, II,.... N et en modifiant le dimensionnement du condenseur. La comparaison ci-après montre les avantages que l'invention permet diabtenir. Si SOT = 60 C, ;'T = 1 C et si le rapport de fonctionnement de la distillation par détente en plusieurs phases, ctest-à-dire le rapport de la quantité d'eau distillée à la quantité de vapeur chauffée consommée est égal à 8, on obtient pour différence logarithmique de température, pour une installation de distillation à 48 phases, une valeur de 5,09 C. Lorsque toutes les autres valeurs de départ sont les mêmes, on obtient, dans le procédé conforme à l'invention, une différence logarithmique de température de 5,68 C, lorsque N = 8, m = 3 et #T = 3 C. Conformément à l'invention, on peut obtenir la meme capacité de distillation avec un condenseur de 10% inférieur et, en tout, 24 phases de distillation seulement, c'est-à-dire avec la moitié des phases de distillation de procédés de distillation classiques. De l'équation fournissant la différence de température, on peut tirer en outre que les élévations S'T du point d'ébulli- tion du liquide, dans les divers ensembles de distillation, pQU- vent être différentes et que cellss-ci, par leur somme agissent sur la différence logarithmique de température moyenne AT, l'élé- vation du point d'ébullition produite par la plus grande concentratian n'agissant que dans la région de l'ensemble de distillation particulier et non dans la plage de température ds l'ensem- ble du procédé. Les ensembles de distillation psuvent,en ce qui concarne leur constitution intérieure st leur disposition l'un par rapport à l'autre, être avantageusement disposés de tells manière que le liquide a distiller en circuit fermé dans les condenseurs d'un ensemble ds distillation déterminé soit moins élevé que la surface libre du liquide à distiller qui s'écouls dans lss évaporateurs des ensembles de distillation suivants. Evidemment, tous les ensembles de distillation de l'installation psu/snt être réalisés de la manière décrite.I1 est alors avantageux qus le liquide qui parcourt les condenseurs comme liquide de refroidissement ne présente aucune tendance à la vaporisation, cs qui produirait uns pollution des tubes d'échange thermique et une diminution des transferts de chaleur, cs qui constitue l'incon- vénient principal, comme on le sait, de la vaporisation sn tubes verticaux, notamment pour la concentration de solutions, car la vaporisation dans le cas de la vaporisation en tubes verticaux, se produit principalement le long ds la surface des tubes d'échange thermique.Dans le cas du procédé conforme à l'invention, les surfaces intérieures des tubes d'échenge thermique peuvent au contraire, par exemple grâce à la mise en oeuvre d'une quantité appropriée de billes de nettoyage à l'intérieur du circuit fermé de liquide correspondant, être maintenues en permanence en bon état de propreté. I1 est avantageux de réaliser une installation de distillation à l'aide de plusieurs ensembles de distillation identiques entre eux, de manière à réduire les frais de construction de 'installation de distillation. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède. l'invention ne se limite nullement 'a ceux dss modes d'application et de réalisation qui ont été envisagés : elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour distiller des liquides dans au moins deux ensembles de distillation successifs travaillant à des niveaux de température différents dans lequel le liquide à distiller est vaporisé dans chacun des ensembles de distillation précites et la vapeur produite est condensée par échange thermique avec un liquide circulant dans l'ensemble de distillation suivant travaillant à un niveau de température différent pour former le distillat, lequel procédé est caractérisé en ce que le liquide à distiller est vaporisé dans l'un au moins des ensembles de distillation (I, II, N) et est condensé dans au moins deux phases de distillation (V1, V2, Vm). m 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide à distiller dans les phases de distillation (V1, V2, Vm) de chaque ensemble de distillation (I, II, N) est conduit de ltévaporateur de la phase de distillation précé- dente dans ltévaporateur de la phase de distillation suivallte où règne une pression plus petite que dans l'évaporateur de la phase de distillation précédente, les condenseurs de chaque ensemble de distillation des phases de distillation (V1, V2,.... Vm) recevant, comme fluide de refroidissement, le liquide à vaporiser qui traverse l'ensemble de distillation travaillant dans ltéva- porateur à un niveau de température immédiatement inférieur. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide à distiller est introduit dans l'un des ensembles de distillation précités (I, II, N) et est transféré ensuite de cet ensemble de distillation dans les autres ensembles de distillation, le reste de liquide concentré du liquide à distiller étant extrait d'un ensemble de distillation autre que celui dans lequel est introduit le liquide à distiller. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le distillat extrait du liquide à distiller est rassemblé dans l'ensemble de distillation (N) travaillant au niveau de température inférieur et est évacué de cet ensemble de distillation. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le distillat extrait du liquide distillé est évacué séparément de chacun des ensembles de distillation 6.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant au moins deux ensembles de distillation successifs, qui travaillent à des niveaux de température différents, dans lequel le liquide à distiller est vaporisé dans chacun des ensembles de distillation et la vapeur produite par échange thermique avec le liquide qui traverse l'ensemble de distillation travaillant au niveau de température immédiatement inférieur est condensée selon un distillat, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'au moins l'un des ensembles de distillation (I, II, N) comprend au moins deux phases de distillation (V1, V2,...... Vm). 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les condenseurs des ensembles de distillation (I, II, sont constitués par des faisceaux de tubes horizontaux. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le liquide qui s'écoule dans les condenseurs d'au moins l'un des ensembles de distillation est disposé à un niveau inférieur à celui de la surface libre du liquide à distiller qui s'écoule dans les évaporateurs de l'ensemble évaporateur suivant. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les ensembles de distillation (I, Il,.. N) présentent chacun le même mode de construction.