Brevet FR2471799A1 — publié le 19810626

La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs pour sa mise en oeuvre, en vue de réaliser la distillation de liquides par évaporation suivie d'une condensation. L'invention est susceptible d'être appliquée à de nombreux problèmes industriels et en particulier au dessalement de l'eau de mer, à la purification d'eaux polluées, à l'obtention d'alcool à partir de moûts. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'évaporation est opérée à la surface supérieure du liquide se trouvant dans une enceinte fonctionnant en tube de Torricelli, dans lequel cette surface se trouve à une hauteur sensiblement barométrique du fait que la pression au-dessus de cette surface est voisine de la pression de vapeur-saturante du liquide; que la condensation se produit dans une seconde enceinte fonctionnant également en tube de Torricelli dans lequel la pression au-dessus de la surface supérieure du liquide est voisine de ladite pression de vapeur saturante; qu'une communication est établie entre ces deux enceintes au-dessus desdits niveaux liquides supérieurs; et qu'un apport d'énergie mécanique (ou thermique) est prévu pour assurer le déplacement de la vapeur saturante dans ladite communication depuis la partie supérieure de la première enceinte vers la partie supérieure de la seconde. Pour faciliter l'exposé de l'invention on a représenté aux dessins annexes: Figure 1, le schéma d'un tube de Torricelli; Figure 2, une vue schématique destinée à exposer le procédé suivant l'invention dans le cas d'un apport d'énergie par voie mécanique; Figure 3, une vue schématique relative au cas où l'énergie apportée est thermique; Figures 4 et 5, des vues schématiques d'appareils suivant l'invention correspondant aux schémas des figures 2 et 3; Figure 6, la vue schématique d'une variante de l'appareil dans le cas où l'énergie apportée est thermique. Il suffira ici de rappeler qu'un tube de Torricelli est un tube 1 fermé à sa partie supérieure, tel celui représenté à la figure 1 dans lequel la hauteur est fonction du poids de la colonne de liquide entre les deux niveaux A et B; dans la partie supérieure 2 du tube règne non pas un vide parfait, mais une très faible pression p égale à la pression de vapeur saturante du liquide à la température considérée. Le poids de la colonne de hauteur h ou hauteur barométrique de section 1 cm2 correspond à la pression extérieure P. La densité du liquide étant d, on a hd = P-e; si le liquide est de l'eau, la hauteur h est d'environ 10,33 mètres. Cette relation est indépendante de la forme et en particulier de la section du tube. Dans les explications qui vont suivre l'expression "tube de Torricelli" sera utilisée pour représenter toute enceinte à deux niveaux liquide , l'un intérieur au-dessus duquel existe un vide partiel, l'autre extérieur sur lequel s'exerce la pression atmosphérique, quelle que soit la forme de cette enceinte. Le procédé suivant l'invention est illustre par les schémas des figures 2 (apport d'énergie mécanique) et 3 (apport d'énergie thermique). Dans le cas de l'application au dessalement de l'eau de mer par exemple, cette eau se trouvant à la température ordinaire est amenée, en continu, dans le vase 3 où plonge la partie inférieure du tube de Torricelli 4. De même l'eau. pure recueillie se trouve dans le vase 5 dans lequel plonge le tube de Torricelli 6. Les deux tubes 4 et 6 sont relies par une jonction 7,8. Un vide partiel, correspondant sensiblement à la pression de vapeur saturante de l'eau à la température ambiante règne dans la partie supérieure 9 du tube 4 et la partie supérieure du tube 10, ainsi que dans la canalisation de jonction 7,8. Dans cette canalisation est dispose un ventilateur, ou pompe, approprié figuré en 11. le fonctionnement de ce ventilateur 11 ou analogue a pour effet de faire descendre la pression en 9-7 au-dessous de la pression de vapeur saturante. Il en résulte une ébullition en 12 qui absorbe un nombre de calories correspondant à la chaleur latente de vaporisation de l'eau @4SS~-cTsotes}. Le fonctionnement du ventilateur a, en même temps, pour effet de faire monter la pression en 8-10 au-dessus de la pression de vapeur saturante. Il en résulte une condensation en 13 qui dégage un nombre de calories correspondant à la chaleur latente de condensation. L'eau dessalée descend dans le tube 6 et est recueillie en continu dans le vase 5. Ce dispositif fonctionne sensiblement à la température ambiante. Au lieu d'assurer le déplacement de la vapeur saturante du tube 4 vers le tube 6 par le moyen d'une énergie mécanique, le même effet peut être obtenu par apport d'énergie thermique, comme représenté à la figure 3. A cet effet, le tube #4 est réchauffé par un serpentin 14, ou analogue. L'énergie calorifique apportée dans le tube 4 fournit la chaleur latente de vaporisation, l'ébullition se produit, cependant que la vapeur se condense dans la partie supérieure du -tube 6 non chauffé. Le dispositif fonctionne alors à pression sensiblement constante. Il est à remarquer que, dans ce cas, suivant lXinvention, l'apport d'énergie thermique peut être réalisé par la combinaison du présent procédé et appareil, avec des sources d'énergie thermique diverses, notamment avec des dispositifs d'utilisation de ltenergie solaire. C'est ainsi que l'énergie thermique apportée dans. le tube 14 pourra être fournie à partir de capteurs solaires, dans les pays où règne un haut degré d'insolation. On peut également utiliser pour le réchauffage du premier tube de Torricelli l'eau de nappes phréatiques dont les températures sont généralement d'au moins 15 C. Ceci peut être fait soit en alimentant par cette eau le tube d'évaporation, auquel cas sa température propre évite le risque de glaciation, et elle participe au circuit lui-même d'évaporation-condensation; soit dans une enceinte de réchauffage de ce même tube (double enveloppe, serpentin, etc...) notamment dans le cas du dessalement de l'eau de mer; soit encore en combinant, en une solution mixte, ltalimentation en eau de la nappe du tube d'évaporation avec son réchauffage par un circuit distinct parcouru par l'eau de la nappe. Dans ces divers cas la chaleur dégagée dans le tube de condensation est disponible et ce tube peut être aménagé en pompe à chaleur. Pour l'application effective du procédé, un certain nombre de dispositions complémentaires seront avantageusement prévues. Notam mpntg les différentes parties de l'appareil pourront être calorifugées pour éviter le trouble du cycle évaporation-condensa.tion. En se reportant à la figure 4 on voit que la partie supérieure du tube 15 pourra être élargie pour former une enceinte de vaporisation de grande surface 16 et de même la partie supérieure du second tube 19 pourra être élargie pour former une grande surface de condensation 20. Il pourra être prévu à la partie supérieure de la chambre de vaporisation 16, un alvéole 17 - ou tout moyen équivalent - où se rassemblent les gaz dissous dans le liquide traité, qui se dégagent pendant l'ébullition, une tubulure de purge 18 munie d'un robinet étant prévue. Du fait de la perte de calories à l'ébullition, il peut se produire des phénomènes de glaciation dans le tube 15 et pour les combattre, des moyens de réchauffage de ce tube pourront être prévus. Notamment l'appareil pourra comporter toute disposition comportant un récupérateur de chaleur dans le second tube 19 et son transfert dans le premier tube 15 pour en assurer le réchauffage Comme il a été représenté à la figure 5 ce circuit pourra comporter un serpentin 22 à la partie supérieure du tube 19 relié en circuit fermé 21 à un serpentin de réchauffage 23 dans la partie supérieure du tube 15. Ces serpentins 22, 23 pourraient être disposes dans les enceintes elles-mêmes 16 et 20 de vaporisation ou condensation. Selon une variante, le tube 19 pourrait lui-même traverser'le tube 15 et constituer lui-meme un échangeur. Dans le cas où l'énergie apportée est thermique (fonctionnement à pression constante) l'appareil pourra comporter des formes analogues à celles représentées aux figures 4 et 5, l'apport d'énergie se faisant dans le tube 15 ou dans la chambre de vaporisation 16. Les vases 3 et 5 pourront avantageusement être munis de tous dispositifs destinés à maintenir le niveau constant ainsi que tous moyens d'alimentation en-liquide à traiter et d'évacuation du liquide recueilli. Dans une variante de l'appareil dans lequel l'énergie est appliquée sous forme thermique et qui est représentée à la figure 6, le transfert de calories du tube où se produit la condensation au tube où se produit l'évaporation s'effectue d'une manière particulièrement simple en les disposant l'un dans l'autre. Le tube d'évaporation 25 alimenté en eau de mer à partir d'un réservoir à niveau constant 26 comporte intérieurement un élément de chauffage 27. Il est disposé et débouche à sa partie supérieure dans le tube de condensation 28 fermé à sa partie supérieure 29, et communiquant à sa base avec le réservoir 30 par lequel s'évacue l'eau condensée. Le fonctionnement est le même que celui précédemment décrit relativement aux figures 3 et 5. On pourrait également disposer le tube de condensation à l'intérieur du tube d'évaporation, notamment dans le cas où l'apport d'énergie thermique serait faite par circulation d'eau chauffée grâce à un capteur solaire. Il doit être observé que le procédé objet de la présente invention et les appareils pour sa réalisation peuvent comporter de nombreuses applications. C'est ainsi qu'il peut être appliqué sous forme d'une pompe à chaleur, les calories disponibles étant recueillies dans l'enceinte ou le tube de condensation. On peut également recueillir les frigories disponibles dans le tube 15. L'invention est applicable au traitement de nombreux liquides non seulement au dessalement de l'eau de mer mais encore à l'obtention d'eau pure à partir d'eaux usées; à l'obtention d'alcool et à toutes distillations fractionnées, notamment à l'obtention d'essence à partir du pétrole brut. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de distillation de liquides par évaporation suivie de condensation, caractérisé par le fait que l'évaporation se produit dans un premier tube de Torricelli dans lequel le liquide est maintenu à une hauteur sensiblement barométrique du fait que la pression, au-dessus du niveau supérieur du liquide est égale ou voisine de la pression de vapeur saturante, que la condensation se produit dans un second tube de Torricelli dans lequel la pression au-dessus du niveau du liquide est égale ou voisine de la pression de vapeur saturante, que ces deux tubes sont en communication par leur partie située au-dessus du niveau supérieur du liquide et qu'un apport d'énergie est prévu pour assurer le déplacement de la vapeur dudit liquide de la partie supérieure du premier tube vers la partie supérieure du second. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie fournie est mécanique. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie fournie est thermique. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie fournie est à la fois mécanique et thermique. 5.- Appareil pour l'application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les tubes de Torricelli comportent une partie supérieure élargie pour offrir une grande surface d'évaporation et condensation. 6.- Appareil pour l'application du procédé suivant les revendications 1, 2 et 4, caractérisé par le fait que dans la communication entre les deux tubes de Torricelli se trouve un ventilateur ou pompe aspirant dans le premier et refoulant dans le second. 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que le premier tube de Torricelli comporte un moyen de chauffage évitant une glaciation éventuelle. 8.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que les deux tubes sont reliés par un circuit fermé de circulation fournissant au premier tube la chaleur dégagée dans le second. 9.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que les deux tubes de Torricelli sont disposés intérieurement l'un à l'autre. 10.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1, 3, 5, 8 et 9, caractérisé par le fait que le premier tube de Torricelli comporte un moyen de chauffage assurant l'ébullition. 11.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 109 caractérisé par le fait que l'enceinte élargie terminant le premier tube à sa partie supérieure comporte une poche d'évacuation des gaz dissous dans le liquide traité. 12.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les apports de calories sont effectues à partir d' un dispositif de captation de l'énergie solaire, 13.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'apport d'énergie thermique dans le tube d'évaporation est effectué par de l'eau puisée dans une nappe phréatique. 14.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11 et 13, caractérisé par le fait que le tube de condensation est aménagé en pompe à chaleur.