Brevet FR2486515A1 — publié le 19820115

La présente invention se rapporte à un procédé destiné à concentrer une lessive alcaline, dans lequel. la lessive est concentrée à la pression atmosphérique, sous la forme d'une fine couche ou film chauffé s'écou- lant de haut en bas, afin d'obtenir un bain en fusion pratiquement exempt d'eau; ainsi qu'à un dispositif per- mettant la mise en oeuvre de ce procédé. Des lessives de NaOH et de KOH sont présentes, par exemple lors de la fabrication du chlore par élec- trolyse au sel de cuisine, sous la forme d'une solution à Il % - 50 %. Il est connu de concentrer de telles solu- tions dans des évaporateurs à film descendant, pour obte- nir un bain en fusion pratiquement exempt d'eau, puis de verser ensuite ce bain dans des fûts ou de le soumettre à un traitement dont résultent des paillettes ou des granu- lés. Il s'est avéré particulièrement avantageux, en ma- tière de coûts d'énergie, de travailler à la pression atmosphérique car, dans ce cas, les buées qui se déga- gent peuvent être utilisées directement sans condensa- tion pour assurer la concentration préalable de la lessi- ve, ce qui représente une économie d'énergie considérable. Cependant, jusqu'à présent, il était difficile de faire fonctionner des dispositifs de concentration élevée à la pression atmosphérique, car les solutions de NaOH et les solutions alcalines présentent de très fortes températures d'ébullition à la pression atmosphérique et sont en outre corrosives, de sorte que les matériaux uti- lisés étaient soumis à des contraintes thermiques et cor- rosives extrêmement élevées. Dans ces conditions, il était, jusqu'à présent, à peine possible en pratique d'utiliser des dispositifs concentrant fortement un bain alcalin, car ces disposi- tifs fonctionnaient sous vide et on ne pouvait pas récu- pérer les vapeurs chaudes, ou bien ces dispositifs étaient utilisés à la pression atmosphérique ( tout en récupé- rant les vapeurs chaudes), mais avec l'inconvénient de présenter des températures de fonctionnement tellement élevées que la durabilité des matériaux utilisés pour la construction de tels dispositifs était limitée. La présente invention a par conséquent pour objet un procédé pouvant être appliqué selon le princi- pe du film descendant, ainsi qu'un dispositif correspon- dant grâce auquel une concentration de lessive alcaline peut avoir lieu, l'un et l'autre ne comportant plus les inconvénients susmentionnés. - A cet effet, selon les caractéristiques essen- tielles du procédé de l'invention, le bain alcalin s'é- coulant du support du film est recueilli séparément des buées et continue ensuite d'être acheminé. Selon les caractéristiques essentielles du dis- positif de l'invention,assurant la mise en oeuvre de ce procédé et comportant au moins un tube cylindrique d'é- vaporation qui, constituant le support du film, est entouré d'une enveloppe chauffante, l'arête inférieure dudit tube est associée à un canal annulaire collecteur du bain en fusion et raccordé à un conduit d'évacuation, cependant que l'espace interne dudit tube communique, par l'intermédiaire d'une ouverture annulaire dudit canal annulaire, avec un conduit collecteur de buées. Ce rassemblement et cette évacuation séparés du bain et des buées empêchent la solution concentrée et lesdites buées de se mélanger à nouveau après qu'elles sont sorties des tubes d'évaporation. En effet, ce mé- lange augmenterait à nouveau considérablement la teneur en eau de la solution concentrée, étant donné qu'il n'existe aucun équilibre d'ébullitionentre les vapeurs sortant du tube d'évaporation et la solution, c'est-à- dire que ces vapeurs présentent une température inféri- eure à la température d'ébullition du bain. De ce fait, les buées évaporées dans la région supérieure du tube d'évaporation ne sont pas échauffées à la température d'ébullition de la solution concentrée aussi longtemps qu'elles parcourent le trajet les amenant à l'arête in- férieure du tube. La séparation immédiate, conformément à l'inven- tion, du bain et des buées à l'arête inférieure du tube est économique car, dès que sont atteintes des tempé- ratures de fonctionnement relativement basses, il est possible d'obtenir les fortes concentrations finales exigées, même lorsque le fonctionnement a lieu à la pres- sion atmosphérique. On peut ainsi atteindre deux objec- tifs, c'est-à-dire la réutilisation des vapeurs chaudes, comme conséquence du fonctionnement à la pression atmos- phérique, et en même temps une température de fonctionne- ment relativement basse entraînant un accroissement de la durée de vie du dispositif de concentration- En revanche, dans les systèmes classiques d'éva- poration ne comportant aucun canal collecteur du bain concentré, il se produit, dans le canal collecteur ( c'est- à-dire dans le séparateur de buées, un mélange entre la solution concentrée et les buées, donc une dilution consi- dérable de ladite solution concentrée, jusqu'à ce que cette dernière et lesdites buées atteignent à nouveau un équilibre de température. L'expérience a montré que, dans ces conditions, la concentration du bain peut à nouveau être réduite d'environ 0,5%, concentration qui s'avère insuffisante lorsque le bain doit être traité pour obtenir des paillettes ou des granulés. Mis à part les avantages techniques manifestes du procédé, le rassemblement et l'évacuation séparés des buées et de la solution concentrée comportent encore l'avantage que la solution fortement corrosive n'entre pas au contact de l'ensemble du système de séparation du bain et des buées, mais seulement au contact des parties de ce système qui, parcourues par la solution, ne néces- sitent qu'une quantité relativement faible de matériaux précieux et peuvent être aisément remplacées. En revanche, la partie volumineuse du système de séparation, c'est- à-dire le canal d'évacuation des buées, peut consister en un matériau très mince puisqu'il n'est plus en contact avec le bain corrosif et ne subit ainsi plus aucune atta- que corrosive. L'invention- va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale schéma- tique d'un dispositif de concentration selon l'invention, équipé de plusieurs tubes d'évaporation, et la figure 2 est une coupe longitudinale fragmen- taire à échelle agrandie illustrant la région inférieure d'un tube d'évaporation équipé d'un canal collecteur de solution. Sur les dessins, la référence 1 désigne des tubes cylindriques d'évaporation, qui sont entourés chacun par une enveloppe chauffante 2 relativement étroite. Une tête de répartition 3 est montée à l'extrémité supérieure de chaque tube 1 et les têtes 3 sont raccordées à un conduit 4 d'alimentation en lessive. Le bord supérieur 5 de chaque tube 1, situé à l'intérieur de chaque tête de répartition 3, est conformé en une arête dentée de trop-plein. Dans leur région inférieure, les enveloppes chauffantes 2 sont reliées à un conduit 6 d'alimentation en fluide caloporteur, tel qu'une solution saline anorganique et, dans leur région supérieure, ces enveloppes sont raccor- dées à un conduit collecteur 7 faisant retourner ledit fluide caloporteur à un dispositif chauffant non repré- senté. A l'extrémité inférieure de chaque tube d'évapo- ration 1, se trouve un canal annulaire collecteur respec- tif 89associé à l'arête du tube. Tous les canaux collec- teurs 8 communiquent, par l'interrméediaire de tubes de sortie 8b, avec un conduit commun d'évacuation 9 débou- chant dans un réservoir collecteur non illustré. L'espace interne de chaque tube d'évaporation 1 est-en communica- tion, par l'intermédiaire de l'ouverture annulaire 8a de chaque canal 8, avec un conduit 10 parcouru par les buées et dont la sortie est équipée d'un séparateur 11 de gouttes. La figure 2 illustre une forme de réalisation particulièrement avantageuse de la région inférieure de chaque tube, comportant un canal collecteur. La paroi interne du canal collecteur 8, dont la paroi externe est orientée vers le haut et coudée côté entrée sur le tube 1, s'achève, par sa face extrême supérieure 12, à une faible distance en dessous de la face extrême infé- rieure 13 dudit tube 1, et elle présente un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre de ce tube 1. Aussi bien la face extrême 13 du tube l que la face ex- trême 12 de la paroi interne du canal 8 sont biseautées coniquement vers l'extérieur selon un angle aigu, en donnant naissance à des arêtes externe et interne vives. L'angle déterminant ces arêtes peut mesurer entre 160 et 450, un angle d'environ 270 s'étant avéré particuliè- rement avantageux. Commodément, les arêtes extrêmes vives des deux faces extrêmes 12 et 13 sont approximati- vement situées dans un même plan. Lors du fonctionnnement du dispositif de concen- tration décrit à titre d'exemple, le fluide caloporteur est dirigé à une température de 450'C, par l'intermédi- aire du conduit commun d'alimentation 6, vers le dispo- sitif d'évaporation et, de là, vers les enveloppes chauf- fantes individuelles 2, puis il quitte le dispositif, par l'intermédiaire du conduit collecteur 7, à une tem- pérature de 390'C. Une solution de NaOH à 50% est intro- duite à une température de 40'C, par l'intermédiaire du conduit d'alimentation 4, dans les tubes d'évaporation 1, dans lesquels elle s'écoule de haut en bas sous la forme d'un film ininterrompu. Dans la région extrême supérieure des tubes 1, cette solution de NaOH est tout d'abord échauffée jusqu'à une température d'ébullition de 1400C puis, lorsqu'elle parcourt le reste des tubes, elle est concentrée jusqu'à 99, 3%. Le film de solution concentrée est recueilli dans les canaux collecteurs 8 à une tempé- rature de 4300C. Dans ce cas, le film de solution s'écou- le vers l'extérieur le long de la face extrême conique 13 de chaque tube 1, glisse vers le bas de l'arête du tube sur la face extrême 12 de chaque canal 8, pour s'écouler ensuite de manière sure dans ledit canal. Il s'est avéré qu'il se produit déjà dans chaque tube 1 lui-même, notamment dans sa région inférieure, une sé- paration marquée entre le film de liquide ( solution) et le flux de vapeur d'eau ( buée), et que cette sépa- ration est achevée lorsque, comme mentionné ci-avant, le film de solution s'écoule vers l'extérieur à l'extré- mité inférieure de chaque tube et pénètre dans chaque canal collecteur 8, cependant que les buées, dirigées vers le bas dans chaque tube 1, pénètrent dans leur conduit associé 11 en traversant les ouvertures annulai- res 8a des canaux collecteurs 8. Il convient de faire observer que, dans cette zone, la température des buées est seulement de 3300C. Cette température correspond à une température de mélange de la quantité d'eau qui s'évapore entre 140'C et 430'C. La séparation de la solution et des vapeurs, décrite ci-dessus, garantit un maintien effectif de la forte concentration alcaline obtenue à l'extrémité du tube. Il est évident que l'extrémité inférieure de chaque tube d'évaporation 1 peut être évasée coniquement au lieu d'être biseautée coniquement. Seul importe que l'arête inférieure d'écoulement de chaque tube soit située radialement à l'extérieur de l'arête supérieure de la paroi interne de chaque canal collecteur 8, auquel cas le diamètre interne de cette paroi interne peut être au maximum égal au diamètre interne du tube 1, de manière à éviter que les buées, dirigées de haut en bas dans chaque tube 1 à une distance relativement faible de sa paroi, ne soient également déviées vers l'exté- rieur par la paroi interne des canaux collecteurs. D'au- tre part, il est également possible de doter la paroi interne des canaux collecteurs d'une membrane qui, fai- sant saillie à l'intérieur de l'extrémité du tube d'éva- poration 1 à proximité de sa paroi, provoque une sépa- ration du film de solution et du flux de vapeurs immé- diatement avant ladite extrémité du tube. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits et représenté, sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à concentrer une lessive al- caline et dans lequel ladite lessive est concentrée à la pression atmosphérique, sous la forme d'un film chauffé s'écoulant de haut en bas, de manière à obtenir une so- lution pratiquement exempte d'eau, procédé caractérisé par le fait que la solution alcaline s'écoulant du sup- port du film est recueillie et évacuée séparément des buées. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procé- dé selon la revendication 1, comportant au moins un tube cylindrique d'évaporation (1), constituant le support du film descendant et équipé d'une enveloppe chauffante (2), dispositif caractérisé par le fait que l'arête in- férieure dudit tube est associée à un canal annulaire collecteur de solution, raccordé à un conduit d'évacua- tion, cependant que l'espace interne dudit tube communi- que avec un conduit collecteur de buées, par l'intermé- diaire de l'ouverture annulaire de chaque canal collec- teur. 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que la face extrême supérieure (12) de la paroi interne des canaux collecteurs (8) est bi- seautée coniquement vers l'extérieur, la paroi des tu- bes et la paroi interne desdits canaux collecteurs étant sensiblement alignées dans un plan vertical. 4. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que la face extrême inférieure (13) de chaque tube d'évaporation (1) est également biseau- tée coniquement à angle aigu vers l'extérieur, selon le même angle que la face extrême (12) de la paroi interne de chaque canal collecteur, l'angle délimitant les deux faces extrêmes (12, 13) mesurant entre 160 et 45 , et avantageusement 270. 5. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que l'extrémité inférieure du tube d'évaporation est évasée coniquement selon un angle me- surant entre 16 et 45 .