Brevet FR2462681A1 — publié le 19810213

Les échangeurs de chaleur utilisés généralement pour la cristallisation de suspensions cristallisables en circulation présentent des formes diverses et sont munis de dif- iérents types d'éléments d'échange thermique, qui peuvent astre statiques ou mobiles, tels que des enroulements tubulaires présentant différentes dispositions (lesquels ne sont toutefois jamais en forme de spirale), des ailettes creuses, des disques et autres.Dans aucun cas, ltéchanoe thermique ne s'effectue strictement à contre-courant et, en conséquence, le processus n'est pas strictement continu, de m#me que la disposition des éléments d'échange tels que les enroulements tubulaires, les disques,etc., n'est pas la meilleure pour produire un maximum d'agitation0 Tout ceci entraine des défauts de fonctionnement insurmontables dans les échangeurs de chaleur en continu généralement utilises, défauts qui peuvent etre détaillés comme suit ~ faible efficacité de ltéchanae thermique, manque de continuité du processus et agitation faible0 Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur en continu fonctionnant à contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en mouvement, comprenant un réservoir cylindrique vertical divisé en deux sections, la section supérieure servant comme section de dépôt ou comme section de préparation de la suspension à traiter, tandis que la section inférieure sert pour le traitement de cristallisation, ladite section inférieure comportant des écrans internes horizontaux et équidistants qui la subdivisent en plusieurs sous-sections supexposeso Lesdits écrans internes sont caractérisés en ce qu'ils comportent des orifices pour ltécoulement de la suspension, de manière à réaliser une mise en communication de la section supérieure avec la section inférieurew les sous-sections étant aussi interconnectees. les orifices réalisés dans les écrans sont positionnés alternativement an centre et à la périphérie de chaque écran, à savoir : dans un écran, l'orifice d'écoulement est posiez tionné au centre, dans écran juste au-dessus, il est positionné à la périphérie, dans écran encore au-dessus, il est positionné à nouveau au centre et ainsi de suite0 Les emplacements des écrans dans l'ensemble et des passages d'écoulement de la suspension dans chaque écran, permettent ltécoulement de la suspension vers le bas et l'o. bligentâcirculer horizontalement à l'intérieur de chaque sous-section. La direction de ltécoulement est alternativement de la périphérie vers le centre dans certaines des sous-sections et du centre vers la périphérie dans les autres sous-sections. Au milieu du fond de la sous-section inférieure est positionnée une vanne de passage pour la suspension laquelle, lors de son ouverture, permet lt établissement de ltécoulement de la suspension à travers toutes les sous-sections, l'une après l'autre, vers le bas. L'échangeur de chaleur conforme à l'invention comporte également un ensemble d'ailettes d'agitation positionnées dans la section supérieure ou section de de pOt et un élément d'échange thermique monté-entre chaque paire d'écrans (dans chaque sous-section). L'ensemble des ai- lettes d'agitation est fabrique avec un matériau de construction satisfaisant aux conditions d'agitation exigées pour chaque cas.Chaque élément d'échange thermique est constitué par un tube continu disposé en spirale dans un plan hbrizontale L'ensemble comporte aussi une colonne verticale sur laquelle sont fixes l'ensemble des ailettes d'agitation et les éléments d'échange thermique, colonne qui présente à son extrémité supérieure un cadre reposant sur deux vérins hydrauliques, qui.reposent eux-m#mes sur un pont disposé diamétralement au-dessus de la section supérieure ou section de dépit. Le mouvenent de montée et de descente des vérins hydrauliques est transmis simula. ne ment à l'ensemble des ailettes d'agitation et a' tous les éléments d'échange thermique par l'intermédiaire de la colonne verticale sur laquelle sont fixes l'ensemble des ailettes et les éléments d'échange thermique comme men tionn ci-dessusv Le cadre de la colonne verticale porte des raccords d'alimentation et de retour pour le fluide qui assure échange thermique avec la suspension; lesdits raccords qui sont solidaires du cadre se déplacent avec celuiFci et sont connectés sau moyen de tuyaux flexibles à des raccords fixe La colonne verticale présente destubes et des raccords en U internes pour assurer la circulation du fluide d'échange thermique directement vers l'échangeur de chaleur positionné dans la sous-section inférieure et aussi pour, après circulation à travers le tube continu constituant cet échangeur, assurer sa montée vers ltéchangeur positionné juste au-dessus, et ainsi de suite, échanaeur après échangeur, jusqu'à ce que le fluide de l'échangeur de chaleur sorte à travers le raccord de retour monté sur le cadre de la colonne verticale0 Les raccords en U de la colonne verticale sont branchés de manière que, dans les sous-sections dans lesquelles la suspension circule horizontalement de la péripérie vers le centre de ltéchangeur pomtionné-dans ladite sousw section, le tube en spirale constituant ltéchangeur reçoie le fluide d'échange thermique dans sa spire interne et ltévacue â partir de sa spire externe tandis que dans les autres sous-sections dans lesquelles la suspension circule du centre vers la periphérie, les échangeurs correspondants reçoivent le fluide d'échange thermique dans leur spire externe et ltévacue à partir de leur spire interne, L'invention est caractérisée précisément en ce que le traitement de la suspension cristallisable a lieu en continu, à contre-courant et avec agitation.Par échange thermique en continu, on entend le fait que la suspension s'écoule sans interruption de la section de déport vers la vanne de rél gulation d'écoulement positionnée au milieu du fond de la sous-section inférieure, tandis que le fluide dtéchance thermique est alimenté et évacué en continu à travers des raccords disposes convenablement dans le cadre, Par échange thermique a contre-courant, on entend le fait que, tandis que la suspension descend d'une sous-section vers une autre sous-section, le fluide d'échange thermique monte d'un échangeur thermique vers un autre échangeur thermique positionnésdans lesdites sous-sections et même, de manière plus importante, le fait que, dans les sous-sections dans lesquelles la suspension circule de la périphérie vers le centre, le fluide d'échange thermique circule dans la direction opposée en étant alimenté dans la spire interne du tube continu présentant une forme en spirale et en étant évacué de la spire externe du même tube, ainsi, pour la mebme raison, dans les autres sous-sections, la suspension et le fluide d'échange thermique circulent dans des directions opposées, Par agitation, on comprendra le fait que, à la fois l'ensemble des ailettes d'agitation ainsi que chacun des échangeurs thermîques-,sont soumis à un mouvement de montée et de descente continu dans chaune des sous-sections, tandis que la suspension circule horizontalement et en continu dans chacune desdites sous-sections0 En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur en continu et à contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristalli sables en circulation qui élimine la faible efficacité de l'échange thermique, le défaut de continuité du processus et la faible agitation des appareils construits dans le meme but et généralement utilisés.Au moyen de la présente inventions le but ci-dessus est narfaitement atteint comme suit : la faible efficacité de l'échange thermique entre la suspension et le fluide d'échange thermique est notablement améliorée en effectuant un échange à contre-courant qui, dans la présente invention, est obtenu au moyen d'un écoulement vers le bas de la suspension, en considérant l'appareil comme horizontal dans chaque section, tandis que le fluide d'échange thermique monte à partir de l'é- changeur de chaleur inférieur vers l'échangeur dc chaleur supérieur, avec le fluide d'échange thermique s'écoulant horizontalement dans chacune des sous-sections dans une direction opposée à l'écoulement horizontal de la suspension.Pour une meilleure compréhension de la continuité du processus il est clair qu'il consiste à faire décrit tre ou rostre la température selon le cas, sous une forme continue et progressive sans période pendant laquelle la température reste statique et sans modification soudaine de celle-ci.La perfection en ce qui concerne la continuité du procédé provient de la perfection avec laquelle s'effectue l'échange thermique à contre-courant, échange thermique qui dépend lui-mème de la disposition et de la distribution des surfaces d'échange actives, tout ceci étant atteint dans la présente invention comme déjà décrit par un fonctionnement à contre-courant et par la distribu- tion des surfaces d'échange actives constituées par des tubes continus disposes en spirale dans un plan horizontal0 En ce qui concerne l'agitation, un échangeur de chaleur disposé en spirale dans un plan horizontal et animé d'un mouvement ascendant et descendant dans le sens verticale assure une agitation plus importante de la suspension qu' un échangeur avec des ailettes ou des disques en rotation0 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invent ion apparaitront à la lecture de la description d'un mode de réalisation d'un échangeur thermique conforme à l'invention, faite ci-après avec référence aux dessins ciannexés dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un en semble comprenant, de maniere parfaitement iden tifiée, tous les composants de la présente inven tion; la figure 2 est une vue en coupe horizontale par AIR de figure 1 et la figure 3 est une vue en coupe horizontale par B-B de figure le En se référant àla figure 1, on a représenté un corps cylindrique vertical 11 divisé en une section supérieure de dépôt 12 et une section inférieure de traitement 13 subdivisée en des sous-sections 16, 17 et 18 et des écrans internes 14 et 15 qui donnent naissance auxdites sous-sections0 On voit sur la figure que ledit écran 14 présente à sa pé riphérie le passage 19 pour la suspension tandis que dans l'écran 15 le passage 20 est réalisé au centre de meme que la vanne 21 de régulation de ltécoulement est positionnée au centre du fond de l'ensemble.Sur la figure 1, sont représentés l'ensemble des ailettes d'agitation 22 montées dans la section supérieure ou section de dépôt 12 ainsi que les éléments d'échange thermique 23 disposés dans les sous-sections 16 17 et 18, une colonne verticale 24 présentant un cadre à son extrémité supérieure 25, lequel repose sur des vérins hydrauliques 26 qui reposent euxmêmes sur un pont 27. On observera que le cadre comporte un raccord d'alimentation du fluide d'échange thermique 28 ainsi qu'un raccord de retour 29 du même fluide On a aussi représenté lesdits raccords d'alimentation et de retour connectés au moyen de tuyaux flexibles a des raccords fixes 31. Des raccords en U et des tubes 32 et 33 sont positionnés à l'intérieur de la colonne verticale 24 parmi lesquels le tube 33 conduit directement le fluide d'échange thermique du raccord d'alirentation 28 à l'élément d'échange ge thermique inférieur 23 en l'alimentant dans la spire interne de cet élément, le fluide d'échange thermique étant évacué à partir de la spire externe du même élément et montant vers l'élément d'échange thermique positionné juste au-dessus du premier élément par l'intermédiaire du raccord en U 32 pour finalement sortir par le raccord de retour 29. Les deux vérins hydrauliques 26 transmettent simultanément, par l'intermédiaire du cadre 25 et de la colonne verticale 24 a l'ensemble des ailettes 22 et aux éléments d'échange thermique leur mouvement de montée et de descente.Sur la figure 2, sont retrésentés, le corps 13 commun à toutes les sous-sections, un écran 15 avec son passage d'écoulement de la susnension 20 positionné au centre, un élément d'échange thermique 23 représenté sous forme d'un tube continu disposé en spirale dans un plan horizontal ainsi qu'une colonne verticale 24 contenant le tube 34 et un raccord en U 32 montrant que le tube continu est alimenté au niveau de sa spire interne avec évacuation à partir de sa spire externe. En se référant à la figure 3, celle-ci représente l'écran 14 avec le passage d'écoulement de la suspension 19 positionné à la périphérie, et le tube continu 23 qui est alimenté au niveau de sa spire externe avec évacuation à partir de sa spire interne. Pour rendre compte du procédé strictement â contre-courant, on notera que la suspension circule à partir de la section de dépt 12 vers la soussection 18 à travers le passage d'écoulement périphérique dudit écran 14; une fois à l'intérieur de la dite soussection, elle est contrainte de circuler horizontalement de la périphérie vers le centre jusqu'à ce qu'elle atteigne le passage d'ecoulement 20 positionné au centre de l'écran 15; à nouveau la suspension doit circ#ler horizon- talement à l'intérieur de la sous-section 17 mais alors du centre vers la périphérie sou'à ce qu'elle atteigne le passage périphérique 19 de l'écran 14 suivant, et à nouveau la suspension doit circuler horizontalement dans la sous-section 16, maintenant de la périphérie vers le centre jusqu'# ce tutelle atteigne la vanne d'évacuation 21 positionnée au centre du fond. Tandis que la suspension circule vers le bas comme décrit ci-dessus, le fluide d' échange thermique s'écoule vers le haut à travers chacun des éléments d'échange thermique 23 et, tandis que la suspension circule horizontalement dans chaque sous-section, dans certaines de la périphérie vers le centre et dans d'autres du centre vers la périphérie, le fluide d'échange thermique s'écoule de la spire interne vers la spire externe et de la spire externe vers la spire interne, resnectivement, ce par quoi l'échange thermique s'effectue de manière strictement à contre-courant, ce qui entratne un traitement de la suspension strictement continuo La description ci-dessus concerne un mode de réalisation préférentiel de l'invention. L'homme de l'art comprendra que toutes modifications de forme et de détails rentrent dans le cadre des revendications ci-annexéesO Revendications de brevet 1. Un perfectionnement aux échangeurs de chaleur en continu nu fonctionnant à contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en circulation, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir cylindrique vertical subdivisé au moyen d'écrans internes horizontaux et équidistants en une section supérieure ou section de dépôt contenant un ensemble d'ailettes et plusieurs. soussections superposées avec des écrans formant chicanes comportant des passages d'écoulement pour la suspension, soit a' la périphérie, soit au centre, ces sous-sections comportant aussi chacune un élément d'échange thermique, une colonne verticale avec des tubes et des raccords en U internes avec laquelle sont solidarisés à la fois l'en- semble des ailettes et les éléments d'échange thermique, un cadre solidaire de l'extrémité supérieure de la colonne, ce cadre portant des raccords pour alimenter et évacuer le fluide qui assure un échange thermique avec la suspension et en ce que le cadre repose sur deux vérins hydrau liques, lesdits vérins reposant sur un pont disposé au- dessus de la section de dépôts une vanne d'évacuation pour contrôler la circulation de la suspension étant prévue au centre du fond de la sous-section inférieure, l'échan- geur comportant en outre des tuyaux flexibles par l'intermédiaire desquels le fluide d'échange thermique est alimenté au raccord fixe et évacué à partir du raccord fixe montés sur le cadre. 2. Un perfectionnament aux échangeurs de chaleur en continu fonctionnant à contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en circula- tion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'échange thermique sont constitués par des tubes continus disposés en spirale dans un plan horizontal, tubes qui sont alimentés par le fluide d'échange thermique au niveau de la spire externe avec évacuation par la spire interne lorsqutils sont logés dans les sous-sections dans lesquelles la suspension circule horizontalement du centre vers la périphérie et qui sont alimentés dans la direction opposée dans les autres sous-sections, à savoir lesdits tubes sont alimentés par la spire interne et évacues par la spire externe lors-u'ils sont logés dans les sous-sections dans lesquelles la suspension circule horizontalement de la périphérie vers le centre. 3. Un perfectionnement aux échangeurs de chaleur en continu fonctionnant à contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en çirculation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des tubes et des raccords en U montés dans la colonne verticale sont connectés de manière à conduire le fluide d'échange thermique directement vers ltelément d'échange thermique inférieur, puis vers l'élé- ment d'échange thermique se trouvant juste au-dessus et, ainsi de suite, vers le haut Jusqusà ce que le fluide d'échange thermique soit évacué a travers le raccord d'évacuation monté sur le cadreo 4e Un perfectionnement aux échangeurs de chaleur en continu fonctionnant å contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en circulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alimentation et l'évacuation du fluide d'échange thermique à lieu par l'intermédiaire de tuyaux flexibles. 5. Un perfectionnement aux échangeurs de chaleur en continu fonctionnant à contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en circulation sclon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'agitation est assurée par les deux vérins hydrauliques transmettant un mouvement ascendant et descendant au cadre monté â l'extrémité supérieure de la colonne verticale, colonne sur laquelle sont fixés l'ensemble des ailettes contenues dans la section de dépit ainsi que les éléments d'échange thermique positionnés dans chacune des sous-sections, le mouvement de ces cnmposants dans la suspension entravant une agitation de ladite suspension0 6. Un perfectionnement aux échanaeurs de chaleur en continu fonctionnant a contre-courant avec agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en circulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte une vanne de régulation de l'écoulement pour évacuer la suspension traitée, vanne qui est positionnée au centre du fond de la sousl section inférieure.