Brevet FR2501348A1 — publié le 19820910

PROCEDE DE VAPORISATION D'UN LIQUIDE PUR La présente invention concerne un procédé de vaporisation d'un liquide pur en échange indirect de chaleur avec un fluide plus chaud, par circulation dudit liquide par gravité le long d'une surface d'échange. Pour la vaporisation d'un liquide pur, on fait circuler en général le liquide et la vapeur qui se forme au voisinage de la surface d'échange dans le même sens ascendant, le liquide occupant initialement la totalité de la section droite de passage de son côté de la surface d'échange. Un tel procédé convient très bien lorsque le liquide à vapo- riser est disponible en débit et volume élevés, notamment lorsqu'il s'agit d'eau à vaporiser. Lorsque l'on ne dispose que d'un volume limité du liquide à vaporiser, par exemple lorsque celui-ci constitue un fluide intermé- diaire d'échange de chaleur entre deux autres fluides et lorsqu'il est relativement coûteux, on est amené à une immobilisation coûteuse d'un volume de liquide important circulant en circuit fermé. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvé- nient, et de procurer un procédé de vaporisation d'un liquide pur qui assure une utilisation optimale de la capacité de transfert de cha- leur de la surface d'échange, pour un volume de liquide à vaporiser relativement faible, et qui permette notamment d'assurer la vapori- sation ou le réchauffage de débits élevés d'un liquide à l'aide d'un fluide de point d'ébullition notablement plus élevé, grâce à une circulation en circuit fermé d'un fluide intermédiaire d'échange de chaleur disponible en volume réduit. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on amène la vapeur formée à s'écouler dans le même sens que le liquide, et en ce qu'on règle le débit de liquide en fonction du flux de chaleur à travers la surface d'échange de façon qu'au moins la majeure partie du liquide ait déjà été vaporisée lorsque le liquide subsistant parvient dans le bas de la surface d'échange. Lorsque la surface d'échange est formée par la surface des 250 1348 - 2 - tubes d'un faisceau tubulaire, on fait ruisseler le liquide à vapo- riser sous une faible épaisseur le long de la surface interne des tubes. On règle avantageusement le débit de liquide à vaporiser de façon qu'environ 90% du liquide aient été vaporisés lorsque le liquide subsistant est parvenu au bas de la surface d'échange. Il est décrit ciaprès, à titre d'exemple et en référence à la figure unique du dessin annexé, un tube d'un dispositif de vapori- sation de fluide frigorifique monochlorotrifluorométhane en échange de chaleur avec de l'eau, le monochlorotrifluorométhane servant ensuite à assurer par sa condensation le réchauffage et/ou la vapo- risation de gaz naturel liquéfié. Le monochlorotrifluorométhane liquide, disponible à + 50C sous une pression de 22,8 bars absolus, est vaporisé dans les tubes d'un faisceau tubulaire en échange de chaleur avec de l'eau à 130C sous la pression atmosphérique. La figure unique représente de façon très schématique et à échelle agrandie l'un des tubes du faisceau. Ce tube 1 est soudé ou dudgeonné sur une plaque tubulaire 2 sur laquelle arrive le liquide frigorifique 3. Le haut du tube est muni éventuellement d'un dispo- sitif de type connu introduisant -le liquide dans le tube et faci- litant la formation du film. Le liquide s'écoule en couche mince 4 dans le sens des flèches 5 sur la paroi interne du tube, cependant que la vapeur formée circule dans le même sens dans la zone centrale du tube, comme représenté par les flèches 6. L'épaisseur du film de liquide frigorifique est d'environ lmm dans le haut du tube, et s'abaisse à environ 0,lmm dans le bas du tube, au niveau de la plaque tubulaire inférieure 7, environ 90% du liquide frigorifique étant alors vaporisés. On comprendra qu'en pratique le faisceau tubulaire comporte un très grand nombre de tubes verticaux de faible diamètre intérieur, par exemple 25mm, et de grande longueur (plusieurs mètres). Des dispositifs de vaporisation à film descendant n'avaient été proposés jusqu'ici que pour la concentration de solutions, et l'on ne vaporisait dans ce cas qu'une faible fraction du liquide initial, afin d'éviter les entartrages ou encrassements de la 250 1348 -3- surface d'échange. L'épaisseur du film liquide y était donc prati- quement constante. Le procédé de l'invention permet de réduire dans une propor- tion considérable le volume de fluide frigorifique contenu dans l'ensemble de l'appareil d'échange de chaleur, par rapport à un procédé o la totalité de la section droite des tubes serait occupée par le liquide à vaporiser. Bien que le procédé décrit en référence à la figure du dessin paraisse la forme de réalisation préférable de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de celle-ci. En particulier, la surface d'échange peut éventuellement être constituée par des plaques. - 4 - REVENDICATIONS 1/ Procédé de vaporisation d'un liquide pur (3) en échange indirect de chaleur avec un fluide plus chaud, par circulation dudit liquide par gravité le long d'une surface d'échange (1), caractérisé en ce que l'on amène la vapeur formée à s'écouler dans le même sens (6) que le liquide, et en ce que l'on règle le débit de liquide en fonction de l'apport de chaleur à travers la surface d'échange de façon qu'au moins la majeure partie du liquide ait déjà été vaporisée lorsque le liquide subsistant parvient dans le bas de la surface d'échange. 2/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface d'échange est formée par la surface des tubes d'un faisceau tubu- laire vertical, caractérisé en ce que l'on fait ruisseler le liquide à vaporiser sur une faible épaisseur le long de la surface interne des tubes. ' 3/ Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on règle le débit de liquide à vaporiser de façon qu'environ 90% du liquide aient été vaporisés lorsque le liquide résiduel est parvenu au bas de la surface d'échange.