Brevet FR2472942A1 — publié le 19810710

La présente invention se rapporte à une installation d'évaporation à plusieurs étages comportant un système de recyclage de la chaleur qui,sans faire intervenir une quan- tité appréciable d'énergie de plus grande valeur, transforme au moins partiellement la quantité de chaleur contenue dans la vapeur chaude en chaleur utile portée à une température plus élevée et l'utilise dans le processus d'évaporation ou pour un autre traitement. Les installations de ce genre sont utilisées dans les opérations d'évaporation par voie thermique pour concentrer des solutions ou pour séparer des matières. Elles servent à diminuer la consommation d'énergie primaire dans les opérations de séparation de matières par voie thermique, en récupérant la chaleur et en exploitant en particulier la chaleur latente de la vapeur chaude. La vapeur encore chaude du dernier étage d'un évapo- rateur à plusieurs étages est condensée dans un condenseur à jet et le condensat est éliminé dans l'atmosphère; selon la température de la solution qu'il s'agit de concentrer, cette vapeur chaude peut éventuellement être condensée partielle- ment en cédant de la chaleur à cette solution pour la pré-. chauffer. Mais comme cette vapeur chaude ne peut transmettre de la chaleur à la solution que jusqu'à ce que cette dernière atteigne à peu près la température de ladite vapeur et que la quantité de chaleur latente de celle-ci est toujours plus grande que la quantité de chaleur qu'il est possible de transmettre au cours de cette opération, la plus grande partie de la chaleur de cette vapeur doit donc être rejetée à; l'atmosphère sans avoir été utilisée. Si la différence entre les températures de la vapeur chaude du dernier étage et de la vapeur de chauffage du premier étage n'est pas trop grande et si la nature et l'état de cette vapeur chaude le permet- tent, il est possible d'utiliser, pour récupérer la vapeur de traitement, des compresseurs, avec lesquels il faut parfois consommer plus d'énergie pour les faire fonctionner que leur utilisation ne permet d'en économiser. L'invention vise à produire, en utilisant complètement la chaleur latente de la vapeur chaude, de la vapeur de chauffage qu'il soit possible de renvoyer dans le premier ou l'un des premiers étages de l'évaporateur sous forme de vapeur de traitement, ce qui réduit notablement la consomma- tion de l'énergie primaire destinée à produire cette vapeur de traitement. Ce résultat est obtenu, conformément-à l'invention, de la manière suivante: une partie de la vapeur chaude qui sort du dernier étage de l'évaporateur est envoyée dans un absorbeur dans lequel se trouve un mélange de matières non saturé, pouvant absorber cette vapeur. Si les composants de ce mélange sont convenablement choisis, il se dégage, quand ledit mélan- ge absorbe la vapeur, une certaine quantité de chaleur à température élevée, qui est utilisée pour produire la vapeur de traitement. Il est possible de prélever cette chaleur d'absorption de manière connue, au moyen d'un échangeur de chaleur. Lorsque le mélange a atteint son état de saturation, il est détendu à une p-ression plus faible et envoyé dans un extracteur, dans lequel un apport de chaleur dégage du mélange, par évaporation à température plus basse, la quantité de vapeur que ce mélange a captée dans l'absorbeur. La chaleur nécessaire pour effectuer cette vaporisation est prélevée sur la partie de la vapeur chaude provenant du dernier étage de l'évaporateur, qui n'a pas été délivrée à l'absorbeur. La vapeur qui sort de l'extracteur est condensée à la température ambiante, mélangée avec le condensat de la fraction de vapeur chaude à laquelle il a été fait appel pour chauffer cet extracteur et peut être utilisée ensuite comme eau d'alimentation de la chaudière ou comme eau industrielle. Les avantages apportés par l'installation selon l'in- vention sont notamment les suivants: 1. La quantité de chaleur récupérée se trouve à une température -assez élevée pour pouvoir être réutilisée dans le processus, sans qu'il y ait besoin pour cela d'une quantité appréciable d'énergie de plus grande valeur. 2. Elle permet par suite de réduire beaucoup plus que des évaporateurs ayant le meme nombre d'étages le rapport de la quantité d'énergie nécessaire pour la concentration à la quantité de solvant vaporisée. 3. La complication et le nombre d'appareils du système de recyclage de la chaleur sont bien moindre que ceux d'une installation d'évaporation à transformateur de chaleur couplé, ce qui diminue les pertes d'énergie et permet une plus grande élévation de la température, dans des conditions thermiques par ailleurs identiques. 4. La consommation d'agent de refroidissement et la charge thermique de l'environnement sont plus faibles qu'avec des installations d'évaporation de meme capacité. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif sur lequel la figure unique est un schéma d'une installation selon l'invention. -Cette installation se compose essentiellement d'évaporateurs 1 à 4 (dont il est possible de choisir le nom- bre à volonté), d'un absorbeur 8, d'un échangeur de chaleur 9, d'un extracteur 10, d'un condenseur 14 et de diverses canalisa- tions, pompes et organes étrangleurs. la chaleur chaude qui sort de l'étage évaporateur 4 et qui est par exemple de la vapeur d'eau, quitte cet étage par une conduite 5 à une température de 700C par exemple. Une partie de cette vapeur est amenée par une conduite 7 à l'ab- sorbeur 8, dans lequel se trouve un mélange non saturé, composé par exemple de LiBr et H20 sous une pression plî4,31 bar 9 L'absorption de ladite vapeur par ce mélange LiBr/H20 dégage une certaine quantité de chaleur à la température de 1130C, qui est dissipée dans l'échangeur de chaleur et peut être uti- lisée pour produire de la vapeur de traitement. Cette dernière est envoyée dans l'étage 1 par une conduite 18 en même temps que de la vapeur vive provenant d'une chaudière. A la sortie de l'absorbeur, le mélange saturé passe dans une conduite 12 et, après avoir traversé l'échangeur de chaleur 9, il est dé- tendu à P2a 0,023 barg dans un détendeur 21 avant de parvenir dans l'extracteur 10. Celui-ci reçoit aussi par la conduite 6 de la vapeur chaude, qui s'y condense dans un système échangeur de chaleur, en cédant de la chaleur au mélange binaire forte- ment concentré, ce qui fait évaporer l'eau de ce dernier jus- qu'à ce qu'il reprenne sa composition initiale. Tandis que le mélange maintenant moins concentré, qui contient environ 5% moins d'eau que le mélange plus concentré, est comprimé par une pompe 20 à la pression plus élevée de l'absorbeur et que, après avoir cédé sa chaleur dans l'échangeur 9 à la solution concen- trée, il est renvoyé dans l'absorbeur par la conduite 11, la vapeur d'eau extraite parvient par une conduite 13 dans un con- denseur 14 o, en cédant sa chaleur, elle est condensée à la température ambiante (température de l'eau de refroidissement 17OC). Le condensat est évacué par une conduite 16 et est mélangé à celui d'une conduite 15. Dans l'hypothèse o la température de la vapeur d'échappement est égale à 700C, celle de la vapeur vive est de 1100C et la vapeur qui sort de l'ex- tracteur est condensée à 200C, il est possible d'obtenir avec l'installation décrite environ 0,52 Kg de vapeur par Kg de vapeur d'échappement, en supposant que le condensat du premier étage de l'évaporateur passe dans la conduite 19 à la tempé- rature de 1050C. La température du condensat de la conduite 17 est égale à environ 470C. Selon une autre caractéristique de l'invention, une partie du mélange enrichi est régénérée dans l'extracteur par apport de chaleur à température élevée et les composants qui s'évaporent sont condensés à une température un peu supérieure à celle de la chaleur de traitement dégagée dans l'absorbeur, en produisant également de la vapeur de traitement. La partie restante de ce mélange enrichi est régénérée à température plus faoble et la vapeur qui s'en dégage est condensée à la température ambiante. 25. Il va de soi qu'il est possible d'apporter diverses modifications à l'installation d'évaporation représentée et décrite sans s'écarter du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Installation d'évaporation à système de recyclage de chaleur qui transforme au moins partiellement la quantité de chaleur contenue dans la vapeur chaude, sans recourir de manière appréciable à une énergie de plus grande valeur, en chaleur utile portée à une température supérieure et l'envoie. soit dans cette même installation, soit dans un autre appareil de traitement, installation caractérisée par le fait que la vapeur chaude qui sort de l'évaporateur est envoyée directe- ment dans un absorbeur (8), dans lequel se trouve un mélange qui absorbe complètement cette vapeur en dégageant de la chaleur. 2. Installation selon la revendication 1, caracté- risée par le fait que la chaleur dégagée par l'absorption est utilisée pour produire une certaine quantité de chaleur de traitement, qui est envoyée soit dans au moins d'un des étages d'évaporation de l'installation, soit dans un autre appareil de traitement sous forme d'énergie de chauffage. 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la chaleur dégagée par l'absorp- tion est utilisée soit pour chauffer une installation d'ab- sorption fonctionnant selon le principe d'un transformateur de chaleur, soit pour vaporiser un milieu actif approprié, qui est envoyé ensuite dans d'autres absorbeurs dans le but d'augmenter encore plus la température de la vapeur d'échap- pement. 4. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée par le fait que, lorsque le mélange a absorbé la vapeur chaude, il est régénéré, soit en continu, soit de manière discontinue, dans un extracteur (10), par évaporation des composants absorbés, puis il est renvoyé dans l'absorbeur (8). 5. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée par le fait que la quantité de chaleur nécessaire pour régénérer le mélange se trouve, soit à la même température que la vapeur chaude envoyée dans l'absorbeur (8), soit à une autre température, et il est possible d'utiliser à cet effet la chaleur de condensation de la vapeur qui provient de l'un des étages évaporateurs. 6. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée par le fait qu'une partie du mélange enrichi en vapeur chaude est régénérée dans un extracteur par rapport de chaleur à température élevée, la partie restante étant régénérée dans un autre extracteur par apport de chaleur à une température plus faible. 7. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisée par le fait que les composants qui se sont évaporés dans l'extracteur (10) sont condensés (en 14) à température plus faible, la température ambiante par exemple. 8. Installation selon la revendication 6, caracté- risée par le fait que la partie des composants absorbés qui est évaporée dans un extracteur sous température élevée est condensée à une température un peu supérieure à celle de la chaleur de traitement produite dans l'absorbeur (8) en pro- duisant-également de la chaleur de traitement, la partie qui s'est évaporée à température plus faible étant condensée à la température ambiante.