Brevet FR2508335A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne une installation de concentration d'un produit liquide, tel qu'un produit laitier, un produit chimique ou un effluent industriel par exemple, comportant au moins deux évaporateurs disposés en série sur le produit, chacun étant à simple effet ou à multiple effet et chacun des effets comprenant un circuit vapeur de chauffage et un circuit vapeur créée par l'évaporation, deux au moins de ces évaporateurs étant à compression mécanique de vapeur et de ce fait comportent chacun un compresseur mécanique de vapeur. Dans les installations connues de ce type, il est nécessaire d'établir et de maintenir pendant leur fonctionnement, l'équilibre thermique dans chacun des évaporateurs Il est par conséquent nécessaire de réaliser et de maintenir autant d'équilibres qu'il y a d'évaporateurs, ce qui conduit à des processus très lourds quand le nombre d'évaporateurs est important En outre, ces processus sont onéreux en calories et peuvent entraîner des pertes de chaleur latenteséventuelles. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et pour ce faire, elle propose une installation qui se caractérise en ce que les évaporateurs sont connectés selon une configuration d'évaporateur à multiple effet, étant entendu qu'outre les compresseurs mécaniques de vapeur, cette ins- tallation peut comprendre au moins un autre moyen d'apport calorifique. On rappellera à toutes fins utiles que dans un évaporateur à com- pression mécanique de vapeur, tout ou partie de la vapeur créée par l'évapora- tion est recomprimée mécaniquement pour être utilisée au chauffage de ce même évaporateur On rappellera également qu'un évaporateur à multiple effet est constitué par plusieurs corps d'évaporation, la vapeur évaporée créée dans le premier corps (appelé premier effet) étant utilisée comme source de calories pour chauffer le deuxième corps (appelé deuxième effet) , la vapeur évaporée créée dans le deuxième corps étant utilisée comme source de calories pour chauf- fer le troisième corps (appelé troisième effet), et ainsi de suite jusqu'au dernier corps (appelé dernier effet). Par ailleurs, il convient de noter que le circuit de vapeur créée d'un évaporateur ou d'un effet donné, comprend toutes les parties de cet évapo- rateur ou effet qui sont en contact avec la vapeur créée De même, le circuit de chauffage d'un évaporateur ou d'un effet donné comprend toutes les parties de cet évaporateur ou effet dans lesquels la vapeur de chauffage cède ses calo- ries au produit à évaporer. Ces définitions étant rappelées, il apparaît à l'examen de la nou- velle installation selon l'invention, que celle-ci ne nécessite plus que la réalisation et le maintien d'un seul équilibre thermique puisque tous les évapo- rateurs sont en relation, et qu'en outre il n'y a qu'une perte réduite de chaleur latente Selon la présente invention, tous les évaporateurs sont en rela- tion de manière à obtenir une installation qui a seulement la configuration physique d'un évaporateur à multiple effet, etdonc)as nécessairement le même fonctionnement En effet, cette installation peut fonctionner comme un évapora- teur à multiple effet, c'est-à-dire que la vapeur créée par l'évaporation passe du circuit vapeur créée des évaporateurs dans le circuit vapeur de chauf- fage des évaporateurs suivants Toutefois, le processus inverse peut également se produire, c'est-à-dire que de la vapeur du circuit vapeur de chauffage d'un évaporateur donné passe dans le circuit vapeur créée d'un autre évaporateur situé en amont. Il a été indiqué précédemment que les évaporateurs mis en oeuvre dans l'installation objet de la présente demande pouvaient être chacun à simple effet ou à multiple effet On comprendra bien évidemment que par connection de ces évaporateurs selon une configuration d'évaporateur à multiple effet, le circuit vapeur créée des effets uniques des évaporateurs à simple effet ou des derniers effets des évaporateurs à multiple effet va se retrouver relié respec- tivement au circuit vapeur de chauffage des effets uniques des évaporateurs à simple effet ou des premiers effets des évaporateurs à multiple effet. Différentes variantes de l'invention peuvent être envisagées. Ainsi, le refoulement du compresseur mécanique d'un évaporateur au moins peut être relié respectivement à l'un quelconque des circuits vapeur créée situés entre l'évaporateur à compression mécanique considéré et l'évaporateur à compression mécanique qui le précède, c'est-à-dire celui qui fonctionne à une température d'évaporation plus élevée. Le refoulement d'un compresseur mécanique au moins peut également être relié respectivement à l'aspiration du compresseur mécanique qui le précède, c'est-à-dire à celui qui fonctionne à une température d'évaporation plus élevée. Enfin, lerefoulement d'un compresseur mécanique au moins peut être relié respectivement à l'un quelconque des circuits vapeur de chauffage situés entre le compresseur mécanique considéré et le compresseur mécanique qui le précède, c'est-à-dire celui qui refoule une vapeur plus chaude que celle refoulée par le compresseur mécanique considéré. Pour des questions de simplicité, d'encombrement et de prix de revient de l'installation, il est avantageux de réduire le nombre de moteurs électriques entraînant les compresseurs mécaniques Ainsi, au moins deux des compresseurs mécaniques pourront être montés sur et entrafnês par la même arbre rmoteur. De même, au moins deux des compresseurs mécaniques pourront être montés sur un même arbre (ou sur des arbres distincts) entraîné(s) par un arbre moteur par l'intermédiaire d'un multiplicateur d'entraînement. Plusieurs modes de réalisation de la présente invention sont illustrés par les dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'ins- tallations selon l'invention comportant deux évaporateurs à compression mécani- que de vapeur, l'un étant à double effet et l'autre à simple effet, la figure 3 est la représentation schématique d'une installation selon l'invention comportant trois évaporateurs, deux étant à compression méca- nique de vapeur, et les figures 4 et 5 sont la représentation de deux variantes du mode d'entraînement des compresseurs mécaniques des figures 1 et 2. L'installation de la figure 1 comprend un premier évaporateur I du type à double effet 1,2 et un second évaporateur Il du type à simple effet 3, aux effets 1,2 et 3 étant respectivement associés les séparateurs vapeurliquide 4,5,6 Dans le cas présent, les évaporateurs I et II sont à flot tombant, mais il est bien certain que l'invention s'étend à n'importe quel autre type d'éva- porateur. Le circuit vapeur créée par l'évaporation (à 750 C dans l'exemple choisi) de l'effet 1 est constitué par tous les éléments contenant ladite vapeur créée, ces éléments étant entre autres le séparateur 4 et le conduit 7 dont l'une des extrémités est en relation avec la partie haute du séparateur 4 et l'autre débouche dans le corps de chauffe 2 a de l'effet 2. De même, le circuit vapeur créée par l'évaporation (à 700 C dans l'exemple choisi) de l'effet 2 est constitué notamment par le séparateur 5-et le conduit 8 issu de la partie haute du séparateur 5 et débouchant dans le corps de chauffe 3 a de l'effet 3. Enfin, le circuit vapeur créée par l'évaporation (à 600 C dans l'exemple choisi) de l'effet 3 est constitué notamment par le séparateur 6 et le conduit 9 issu de la partie haute de ce dernier et aboutissant à l'aspira- tion du compresseur mécanique de vapeur 10 dont il sera question ci-après. Par ailleurs, le circuit vapeur de chauffage des effets 1, 2 et 3 est respectivement constitué par le corps de chauffe la (à 800 C dans l'exemple choisi) de l'effet 1, le corps de chauffe 2 a (à 75 C dans l'exemple choisi) et le corps de chauffe 3 a (à 700 C dans l'exemple choisi). On notera que les évaporateurs I et II sont bien connectés selon une configuration d'évaporateur à multiple effet. Conformément à l'invention, les évaporateurs I et II sont tous deux à compression mécanique de vapeur, c'est-à-dire qu'ils comportent chacun un compresseur mécanique de vapeur ( 11,10) Plus précisément, le conduit d'aspi- ration 12 du compresseur mécanique 11 de l'évaporateur I est relié au conduit 8, alors que son conduit de refoulement 13 débouche dans le corps de chauffe la D'autre part, le conduit d'aspiration du compresseur mécanique 10 est con- fondu avec le conduit 9 et le conduit de refoulement 14 de ce même compresseur est relié au conduit 8 en aval de la dérivation 12. Dans le cas de l'exemple choisi, le compresseur 11 comprime la vapeur à 700 C de manière à l'amener à 80 C et le compresseur 10 comprime la vapeur à 60 C de manière à l'amener à 700 C. Le produit à concentrer, qui peut par exemple être du lait écrémé, arrive en tête du premier effet 1 par un conduit 15, effet dans lequel il subit une première évaporation avant d'être amené de la base de ce même effet 1 en tête du second effet 2 par une pompe 16 et un conduit 17, effet 2 dans lequel il subit une seconde évaporation. Le lait ainsi préconcentré est ensuite amené de la base de l'effet 2 en tête de l'évaporateur 3 par une pompe 18 et un conduit 19, évaporateur dans lequel le lait subit une dernière concentration avant d'être soutiré par une pompe 20 et un conduit 21. Le cheminement de la vapeur d'évaporation créée dans l'effet 1, est 4- 7 2 a. Si la quantité de vapeur disponible à la sortie du séparateur 5 correspond exactement à celle nécessaire au fonctionnement de l'évaporateur I, la totalité de cette vapeur issue de ce séparateur 5 sera aspirée par le com- presseur 11 via les conduits 8 puis 12, puis comprimée et refoulée vers le corps de chauffe la via le conduit 13. De même, si la quantité de vapeur disponible à la sortie du sépara- teur 6 correspond exactement à celle nécessaire au fonctionnement de l'évapora- teur Il, cette vapeur issue du séparateur 6 sera aspirée par le compresseur 10 et refoulée en intégralité vers le corps de chauffe 3 a, via les conduits 14 puis 8. Par contre, si pour une raison ou une autre (par exemple un appoint de vapeur vive injectéedans le corps de chauffe la, directement ou par l'in- termédiaire d'un thermocompresseur par exemple) la quantité de vapeur dispo- nible à la sortie du séparateur 5 est supérieure à celle nécessaire au fonc- tionnement de l'évaporateur 1, le surplus non aspiré par le compresseur 11 ira rejoindre la vapeur comprimée issue du compresseur 10 et servira de source de calories dans le corps de chauffe 3 a. Inversement, si la quantité de vapeur disponible à la sortie du séparateur 6 est supérieure à celle nécessaire au fonctionnement de l'évapora- teur II, le surplus peut être aspiré par le compresseur 11 via le conduit 8 puis-12. On remarquera enfin que les deux compresseur 10 et 11 sont montés sur le même arbre moteur 22 entratné par un moteur schématisé par le symbole /. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, le conduit de refoulement 14 du compresseur mécanique 10 est relié au circuit vapeur créée par l'évaporation de l'effet 2, et plus précisément au conduit 8 en aval de la dérivation 12. Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, le refoulement 14 du compresseur 10 est non plus relié à ce conduit 8, mais au conduit d'aspiration 12 du compresseur 11, le reste de l'installa- tion étant en tout point identique à celle de la figure 1 qui vient d'être dé- crite Dans ce cas, on comprendra que toute la vapeur issue du compresseur 10 sera recomprimée dans le compresseur 11 et de la vapeur en quantité au moins équivalente à celle issue du compresseur 10 se dirigera par le conduit 8 vers le corps de chauffe 3 a. Selon un autre mode de réalisation encore de l'invention, le refou- lement 14 du compresseur mécanique 10 peut être relié au conduit 8 en amont de la dérivation 12, le reste de l'installation étant inchangé par rapport à celle de la figure 1 Cette disposition du refoulement 14 implique qu'une partie de la vapeur issue du compresseur 10 est recomprimée dans le compres- seur 11. Il est bien certain que dans les installations qui viennent d'être décrites, il est possible d'apporter de nombreuses modifications sans pour autant Dorter atteinte à l'esprit de l'invention Ainsi, le sens de circulation du produit, 'à con entrer est queloncue I Il pourrait d bord raverser l et 3, puis l'effet 1 (ou 2), puis enfin l'effet 2 (ou 1) L'installation peut comporter plus de deux évaporateurs, chaque évaporateur pouvant être à simple ou multiple effet et dans ce cas plus de deux évaporateurs peuvent être à compression mécanique de vapeur De même, l'évaporateur I pourrait ne comprendre qu'un seul effet ou comprendre plus de deux effets, l'évaporateur II pouvant pour sa part être à multiple effet. Ainsi, la figure 3 représente une installation qui comprend, en série, un évaporateur III du type à double effet 23, 24, un évaporateur IV à simple effet 25 et un évaporateur V à simple effet 26, aux effets 23 à 26 étant associés respectivement les séparateurs vapeur-liquide 27, 28, 29, 30. Le circuit vapeur créée par l'évaporation de l'effet 23 est constitué entre autres par le séparateur 27 et le -conduit 31 dont l'une des extrémités est en relation avec la partie haute dudit séparateur 27 et l'autre débouche dans le corps de chauffe 24 a de l'effet 24, corps de chauffe qui constitue le circuit vapeur de chauffage de cet effet. Par ailleurs, le circuit vapeur créée par l'évaporation de l'effet 24 comprend notamment le séparateur 28 et le conduit 32 qui est issu de la partie haute de ce dernier et qui débouche dans le circuit vapeur de chauffage de l'effet 25, c'est-à-dire dans le corps de chauffe 25 d de cet effet. Le circuit vapeur créée par l'évaporation de l'effet 26 comprend, quant à lui, le séparateur 29 et le conduit 33 qui est issu de la partie haute du séparateur 29 et qui débouche dans le corps de chauffe 26 a de l'effet 26, corps de chauffe qui constitue le circuit vapeur de chauffage de cet effet Le séparateur 30 est pour sa part relié par le conduit 34 à une source de vide (non représentée). Les évaporateurs III et IV sont-à compression mécaniquede vapeur Plus précisément, ils comportent chacun un compresseur mécanique 35, 36, le conduit d'aspiration 37 du compresseur 35 étant relié au conduit 32, son conduit de refoulement 38 débouchant dans le corps de chauffe 23 a de l'effet 23 Quant au compresseur mécanique 36, son conduit d'aspiration 39 est raccordé au conduit 33 et son conduit de refoulement 40 débouche dans le corps de chauffe 25 a. Le produit à concentrer (produit laitier, vinasses de distillerie ou produit chimique par exemple) arrive en tête de l'effet 23 par un conduit 41, traverse cet effet 23, est ensuite amené par une pompe 42 et un conduit 43 en tête de l'effet 24, puis successivement de la base de ce dernier en tête de l'effet 25 et de la base de ce dernier en tête de l'effet 26 respectivement par les pompes et conduits 44, 45 et 46, 47, avant d'être soutiré à la base du der- nier effet 26 par la pompe 48 et le conduit 49. Comme dans le cas de l'installation de la figure 1 décrite précédem- ment, si pour une raison ou une autre la quantité de vapeur disponible à la sortie des séparateurs 28 est supérieure à celle nécessaire au fonctionnement de l'évaporateur III, de la vapeur circulera dans leconduit 32 dans le sens séparateur 28 >corps de chauffe 25 a et dans ce cas l'installation fonctionnera comme un évaporateur à multiple effet De même, si à la sortie du séparateur 29 on dispose (à la suite d'un apport extérieur de vapeur dans le corps de chauffe a) d'une quantité de vapeur supérieure à celle nécessaire au fonctionnement des évaporateurs IV et Y, le surplus peut être évacué par 34 Mais, si on limite l'évacuation par ce conduit 34, on assistera à une circulation de vapeur dans le conduit 32 dans le sens corps de chauffe 25 a > conduit d'aspiration 37. Bien évidemment, comme dans le cas des instalations des figures 1 et 2, les compresseurs 35 et 36 peuvent être montés sur un même arbre moteur. Les figures 4 et 5 montrent que les deux compresseurs 10 et 11 des installations des figures 1 et 2 peuvent être soit montés sur un même arbre 50 entratné par un arbre moteur 51 par l'intermédiaire d'un multiplicateur d'en- trainement 52 (figure 4),soit montés chacun sur un arbre distinct 53, 54, ces derniers étant entraînés par le même arbre moteur 55 par l'intermédiaire d'un multiplicateur d'entraînement 56 (figure 5). Bien entendu, les mêmes dispositions peuvent être adoptées quelle que soit l'installation considérée (par exemple celle de la figure 3) et quel que soit le nombre de compresseurs, trois ou plusieurs compresseurs pouvant fort bien être montés sur le même arbre moteur ou sur des arbres distincts entraînés par le même arbre moteur. En outre, en dehors des compresseurs mécaniques mis en oeuvre dans les installations qui viennent d'être décrites et d'une manière générale dans les installations selon l'invention, on peut utiliser d'autres moyens d'apport calo- rifiques tels que vapeur vive ou thermocompresseur. Enfin, on notera que pour des questions de clarté des figures, on n'a pas représenté les moyens classiques de dégazage et d'évacuation des con- densats, ainsi que ceux nécessaires à réaliser le vide éventuel et l'équilibre calorifique. - a REVENDICATIONS 1 Installation de concentration d'un produit liquide, tel qu'un produit laitier, un produit chimique ou un effluent industriel par exemple, comportant au moins deux évaporateurs ( 1, II) disposésen série sur le produit, chacun étant à simple effet (II) ou à multiple effet (I) et chacun des effets ( 1, 2, 3) comprenant un circuit vapeur de chauffage (la, 2 a,3 a) et un circuit vapeur créée par l'évaporation ( 4,7; 5,8; 6, 9),deux au moins de ces évaporateurs (I,II) étant à compression mécanique de vapeur et de ce fait comportant chacun un compresseur mécanique de vapeur ( 10,11), carac- térisée en ce que les évaporateurs sont connectés selon une configuration d'évaporateur à multiple effet. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'outre les compresseurs mécaniques, elle comprend au moins un autre moyen d'apport calorifique. 3 Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le refoulement ( 14) du compresseur mécanique ( 10) d'un évaporateur au moins ( II) est relié respectivement à l'un quelconque des circuits vapeur créée ( 5,8) situés entre l'évaporateur à compression mécanique considéré (Hl) et l'évaporateur à compression mécanique qui le précède ( 1). 4 Installation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le refoulement ( 14) d'un compresseur mécanique *au moins ( U j) est relié respectivement à l'aspiration ( 12) du compresseur mécanique ( '1) qui le précède. Installation selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que le refoulement ( 40) d'un compresseur mécanique au moins ( 36) est relié respectivement à l'un quelconque des circuits vapeur de chauffage ( 25 a) situés entre le compresseur mécanique considéré ( 36) et celui qui le précède ( 35). 6 Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins deux des compresseurs mécaniques ( 10,11) sont montés sur et entraînés directeme;n par le mrm: ar S:'e moteur ( 22). 7 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins deux des compresseurs mécaniques ( 10, 11) sont montés sur un même arbre ( 50) entraîné par un arbre moteur ( 51) par l'inter- médiaire d'un multiplicateur d'entraînement ( 52). 8 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins deux des compresseurs mécaniques ( 10,11) sont montés sur des arbres distincts ( 53, 54) entraînés par un arbre moteur ( 55 par l'intermédiaire d'un multiplicateur d'entraînement ( 56).