Brevet FR2533455A1 — publié le 19840330

Procédé et appareil de distillation sous vide. La présente invention concerne un procédé et un appareil- lage pour la distillation sous vide de saumure. Dans les appareils de la technique antérieure destinés A la distillation sous vide de saumure, le gaz non condensable, tel que de l'air, pénétrant dans l'appareil, doit Atre évacué ou purgé avec la vapeur, et ceci peut être fait de façon relativement efficace en utilisant par exemple une pompe à vide à pale tournante et à joint d'huile Cependant, si une telle pompe à vide était utilisée avec un distillateur de saumure qui évacue une quantité relativement importante de vapeur mélangée à une quantité beaucoup plus petite du gaz non condensable, des gouttelettes d'eau produites dans la pompe a partir de la vapeur se mélangeraient avec l'huile du joint Il en résulterait que l'huile deviendrait extrêmement visqueuse et le volume du mélange huile-eau augmenterait, avec pour conséquence que l'huile serait rejetée par la sortie de gaz En raison de ce désavantage, une telle pompe n'a pas été utilisée normalement dans ce but, En revanche, dans le cas o une quantité relativement faible de vapeur et une plus grande quantité d'un gaz non condensable sont pompées, une pompe à vide du type à joint d'huile pourrait être utilisée efficacement, En outre, si la quantité d'eau est faible; une pompe à vide à joint d'huile avec dispositif de ballastage de gaz pourrait être utilisée, avec une alimentation par l'air ambiant La température pourrait être élevée dans la pompe, de manière que la tension de vapeur à la saturation soit élevée, En utilisant cette caractéristique et ce phénomène, la pompe pourrait cependant rejete" sous forme de gazl'eau à condenser dans la pompe ou de l'eau contenue dans l'huile* Un but général de l'invention est de proposer une méthode d'évacuation de gaz d'un distillateur sous vide qui conserve l'énergieen permettant d'utiliser avec le distillateur une pompe à vide à joint d'huiles 1 - -2- A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'éva- cuation de gaz d'un distillateur sous vide,qui consiste à récupérer un gaz dans un distillateur sous vide, à extraire le gaz, à refroidir le gaz retiré dudit distillateur, à pomper le gaz refroidi à l'aide d'une pompe à vide à joint d'huile et à introduire de l'air atmosphérique frais dans la pompe pendant son étape de compression L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Des formes de mise en oeuvre préférées de l'invention sont illustrées par les dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est un schéma d'une première forme de mise en oeuvre de l'invention; -La figure 2 est unschéma illustrant une seconde forme de mise en oeuvre; La figure 3 représentesous forme schématiqueune pompe à vide à pale tournante, à joint d'huile et à ballast de gazdestinée à être utilisée avec un distillateur. On se référera d'abord à la figure 3, qui représente une pompe conventionnelle comprenant un premier étage de pompe B pour la compression d'un gaz depuis un vide élevé, égal à celui d'un distillateur A, jusqu'à un vide intermédiaire, et un second étage C pour la compression du gaz depuis le vide intermédiaire jusqu'à la pression atmosphérique Une quantité prédéterminée d'air ambiant frais est introduite dans le second étage C de la pompe par une ouverture D Une huile de joint et de lubrification F est recyclée du second étage de la pompe au premier étage par un conduit E. Si une telle pompe à vide,ayant une capacité de 1,0 m /h, pompe seulement de la vapeur (à la température de saturation s 340 C) dans le distillateur A, sous une pression de 39,9 Torr (mm Hg), c'est-à-dire 53,2 mbarle volume spécifique de vapeur saturée étant de 0,03762 kg/m, la quantité d'eau s'écoulant dans la pompe est de 0,03762 kg/m x 1,0 m 3/h = 0,03762 kg/h. Par ailleurs, et à titre d'exemple, de l'air à une température de 20 'C et avec une humidité spécifique de 0,01468 kg/kg à :w 3 - la saturation est introduit par l'ouverture D et le rejet est fait à la sortie du second étage C à une température de 700 C et avec une humidité spécifique de 0,2763 kg/kg à la saturation. En vue de saturer l'air introduit avec la quantité pompée de 0,03762 kg/h et de l'évacuer sous forme gazeuse, la quantité d'air exigée de l'ouverture D peut 9 tre calculée par l'équation suivante: 0,03762 kg/h =o J,14378 lcg/hooo oo ( 1) ( 0,2763 0,01468)kg/kg En revanche, si le gaz pompé du distillateur A est un mélange de quantités approximativement égales de vapeur d'eau et d'air, la quantité de vapeur dans 1,0 m 3/h du mélange est la moitié de l'exemple ci-dessus, c'est-a-dire 0,03762 kg/h. Le volume spécifique étant 0,8540 m 3 Acg x 760 = 16,267 m 3/kg, la quantité restante d'air, obtenue en mgotpliant par 1/2 la capacité d'aspiration de 100 m 3/h de la pompe, est 3 3 0,5 m /h x (I il) kg/m 3 0,03074 kg/h& qui pénètre dans 16,267 la pompe, avec: 0,8540 m 3/kg: volume spécifique de l'air à une température de 34 C sous la pression atmosphériques 760 (Torr): pression atmosphérique ( 10013 bar). 39,9 (Torr): pression du gaz aspiré ( 53,2 mbar)} De façon analogue, à partir de l'équation ( 1), la quantité d'air qui doit être introduite par l'ouverture-D est = ( 0,03762/2) 0,03074 = 0,04116 kg/ho ( 2) ( 0,2763 0,01468) Les résultats des calculs ci-dessus montrent que, si la teneur en vapeur du mélange de gaz aspiré du distillateur A diminue, la quantité d'air introduite par l'ouverture D peut être très faible, telle que 1/3,5, comme il ressort de la comparaison des équations 1 et 2. La figure 1 montre l'invention dans son application - un distillateur pour évaporation à basse température, qui utilise les concepts ci-dessus. Dans la figure 1, un distillateur conventionnel comprend -4- une enceinte formant une chambre d'évaporation 1 La chambre 1 est sous un vide relativement élevé et de la vapeur à une température d'environ 34 C y est produite Une portion élevée de la vapeur de la chambre 1 est condensée par un condenseur 6,dans lequel circule de l'eau ordinaire à une température de 25 C, et le condensat est recueilli dans une cuvette 16 et évacué par une pompe 17 Le reste du gaz non condensable est évacué par un conduit dévacuation 2. L'enceinte 1 contient une saumure 18 qui est chauffée par un milieu chauffant circulant dans un conduit 19 Dans un appareil classique de ce type, le surrefroidissement du gazd'évacuation est ordinairement d'environ 2 C et la température du gaz d'évacuation dans le conduit 2 est d'environ 32 C. Dans ces conditions, le rapport vapeur-sur-air dans le gaz d'évacuation est calculé de la façon suivante: x = 0,622 Ps = 0,622 x 35 7 = 5,29 ( 3), p Ps 39,9 35,7 ou Ps désigne la pression de vapeur saturante à 32 C, sous ,7 Torr ( 47,6 mbar),et ou P désigne la pression de vapeur saturante à une température de 34 C,sous 39,9 Torr ( 53,2 mbar). Par conséquent, le taux de vapeur pour 1 kg d'air est d'environ 5,3 kg Si une pompe à vide à ballast de gaz est utilisée, une grande quantité d'air doit donc 9 tre introduite par l'ouverture du dispositif de la figure 3, en vue d'absorber le taux élevé de vapeur d'eau Ceci nécessiterait de la pompe une consommation d'énergie élevée pour rejeter cette grande quantité d'air, avec pour conséquence un abaissement de l'efficacité du système. Conformément à l'invention, le mélange de gaz à rejeter, aui comprend une grande quantité de vapeur et une plus petite quantité de gaz non condensable (auquel on se référera ci-après comme étant de l'air), est amené par le conduit 2 dans un échangeur de chaleur ou refroidisseur 3 à contact direct, dans lequel le mélange de gaz à 32 C est refroidi à 26 C par contact direct avec une fraction de l'eau ordinaire, -5- qui est à 250 C# et une large fraction de la vapeur du mélange est condensée Le mélange de gaz résultant, qui a un pourcen- tage accru d'air,est introduit dans une pompe à vide 5 Le refroidisseur 3 reçoit l'eau ordinaire par un conduit 21 et pulvérise l'eau dans le mélange gazeux, L'eau et-le condensat sont récupérés et, dans cet exemple, sont acheminés par un conduit 22 à la chambre 1 l Une pompe 23 retire de l'eau de la chambre 1. Dans ces conditions, le rapport de vapeur d'eau à l'air, dans le mélange gazeux, est de 2 x = 0,622 Ps = 0,622 x 25,2 = l O 0663 oo 000,oo( 4) P Ps 39,9 25,2 o Ps désigne la pression de vapeur saturante à une température de 260 C, sous 25,2 Torr ( 33,6 mbar) P désigne la pression vapeur saturante,àune température de 34 'C, sous 39 p 9 Torr ( 53,2 mbar). Dans l'équation ( 4), par comparaison avec la situation illustrée par 13 équation ( 3), le rapport de la teneur en eau est d'environ 1/5 et la quantité absolue de gaz à rejeter est réduite de ( 5929 + 1) a ( 1,0663 + 1) et est d'environ 1/3 La capacité de la pompe à vide 5 peut, par conséquent, 9 tre faible et la quantité d'air à introduire de l'extérieur dans la pompe 5 peut également 9 tre faible Ceci permet une réduction importante de la quantité d'énergie consommée par la pompe, La figure 2 illustre l'invention dans son application a un distillateur pour évaporation à une température beaucoup plus élevée. En général, une pompe à vide du type à joint d'huile est capable de produire un vide élevé, maise si le distillateur est chaud, la pression de vapeur sera élevée et la différence de pression entre le vide élevé produit par la pompe et la pression de vapeur chaude sera grande Si le distillateur est connecté par un conduit-de faible résistance à une pompe à vide du type à ballast de gaze qui a une capacité volumétrique de pompage constante (volume/temps), la pompe aura tendance a -6- aspirer une trop grande quantité de vapeur d'eau à sécher par l'air introduit de l'extérieur comme ballast de gaz, car le volume spécifique de la vapeur décroit quand la température du distillateur s'élève Autrement dit, la quantité de teneur d'eau (poids/temps) aspirée par la pompe excédera son aptitude maximum de dissolution par l'air introduit de l'extérieur par l'ouverture D (figure 3) Ce problème est également résolu par la présente invention. Selon la figure 2, un distillateur conventionnel 12,du type à haute température et à compression de vapeurcomprend un compresseur de vapeur 7 La vapeur chaude comprimée par le compresseur 7 passe à travers un faisceau de tubes d'éva- poration 8 De l'eau ordinaire, à une température d'environ 'C, provenant d'un conduit 9 et d'un échangeur de chaleur 10, est pulvérisée par un conduit 11 sur les tubes 8 et la vapeur résultante est admise à l'entrée du compresseur 7. Dans cette forme de réalisation, un moyen est prévu pour réduire la quantité de vapeur aspirée par une pompe à vide au-dessous de la quantité admissible pour la pompe Comme on le voit sur la figure 2, le gaz d'évacuation des tubes 8 est refroidi par un refroidisseur 3 et passe par une restric- tion ou un moyen d'étranglement 13, avant d'alimenter la pompe 5 Même si la pression du gaz est élevée dans le distillateur 12, la pression à l'entrée 14 de la pompe est basse en raison du moyen d'étranglement 13, de sorte que le gaz se détend et croit en volume spécifique, tandis que le débit volumique aspiré par la pompe est approximativement constant Il en résulte que la quantité pondérale de vapeur aspirée peut 9 tre maintenue au-dessous de la valeur admissible pour le taux de vapeur d'eau de la pompe. Selon une autre méthode, quand la pression de vapeur 1 s'élève, de l'air frais est admis en amont de l'entrée 14 de la pompe 5 par un conduit 15 pour élever la teneur en air du gaz aspiré, en abaissant ainsi la teneur en vapeur, pour réduire la teneur en eau aspirée O 7 i Un système de régulation 24 est connecté à la sortie du refroidisseur de gaz 3 et est sensible à la température du gaz, en vue d'actionner une vanne à air 25, qui commande la quantité d'air introduite par le conduit 15. Dans cette forme de réalisation, le gaz d'évacuation est refroidi dans le refroidisseur 3 à contact direct, qui est alimenté en eau ordinaire Cependant, comme le distillateur fonctionne à température élevée, tout autre type de refroi- disseur peut 9 tre utilisé à la place et le moyen de refroidisse- ment n'a pas besoin d'être de l'eau ordinaire. Le procédé d'évacuation de gaz conforme à l'invention comprend les étapes de refroidissement de gaz rejeté d'un distillateur sous vide et d'évacuation de gaz dans l'atmosphère à l'aide d'une pompe à vide à joint d'huile, qui comporte un dispositif d'aspiration d'air frais à l'étage de compressions De cette manière, l'évacuation de gaz peut atteindre une efficacité de 80 % et une grande quantité d'énergie peut être économisée par rapport aux méthodes conventionnelles. De plus, ce procédé peut prévenir complètement la rouille provoquée par la condensation de vapeur d'eaug qui apparais-e sait quand une pompe à vide à joint d'huile était utilisée de façon connue, et éviter l'accroissement de viscosité de l'huile d à un mélange de l'eau avec l'huile. En outre, le refroidissement du gaz d'évacuation par contact direct avec une fraction de l'eau ordinaire réduit la quantité de gaz Par conséquente, une pompe de capacité réduite peut être utilisée, ce qui limite ainsi la consommation d'énergie électrique. Par ailleurs, un moyen de restriction et/ou un moyen d'introduction d'air est prévu sur un conduite du c 8 té de l'aspiration ou entrée de la pompe Ceci rend possible l'utilisation d'une pompe à vide à joint d'huile avec un distillateur fonctionnant à haute température Par conséquent, une telle pompe peut être utilisée dans un large domaine de températures. REVEMM 1 ICATIONS 1. Procédé d'évacuation du gaz d'un distillateur sous vide, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à collecter le gaz d'un distillateur sous vide b) à extraire le gaz; c) à refroidir le gaz extrait dudit distillateur: d) à pomper le gaz refroidi à l'aide d'une pompe à vide & joint-d'huile; e) à introduire de l'air ambiant frais dans un étage de compression de la pompe; f) à évacuer le gaz pompé. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le distillateur reçoit de l'eau ordinaire, caractérisé en ce que le gaz extrait est refroidi à l'étape c) par mise en contact avec au moins une fraction de l'eau alimentant ledit distilla- teur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on fait passer le gaz extrait et refroidi à travers un moyen de restriction avant qu'il alimente la pompe. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on introduit de l'air dans le gaz extrait et refroidi avant qu'il alimente la pompe.