Brevet FR2548346A1 — publié le 19850104

La présente invention concerne un échangeur pour cristallisation continue, en vue de la production de cristaux par évaporation d'une solution, notamment de jus sucré, chauffée à la vapeur d'eau. Jusqu'à présent on faisait surtout appel à des échangeurs à faisceaux tubulaires dont les tubes rectilignes étaient montés à leurs extrémités dans deux plaques tubulaires Ces tubes traversent de nombreuses cloisons qui -contrarient leur libre dilatation. Cette technique présente de sérieux inconvénients. Il est nécessaire de prévoir le montage des tubes avec des alésages extrêmement précis recevant chacun une bague métallique ou de toute autre matière résistant au milieu,munie au moins d'un joint torique côté plaque et d'un joint tori15 que côté tube Le nombre généralement considérable de bagues et de joints rend la fabrication particulièrement compliquée et coûteuse Par ailleurs, la présence de résidus sucrés dans les gorges des bagues d'étanchéité actuelles peut provoquer des phénomènes de corrosion Non seulement les tubes 20 ne sont plus libres de se dilater, mais encore leur extraction devient difficile et des problèmes d'étanchéité peuvent apparaître. L'invention a surtout pour but d'éliminer les inconvénients susmentionnés. Elle consiste essentiellement à faire appel à des tubes en épingles à cheveux dont les extrémités sont fixées sur une plaque tubulaire par simple dudgeonnage, par exemple, et qui ne posent aucun problème au point de vue dilatation. L'invention a plus précisément pour objet un échangeur de chaleur pour cristallisation continue, en vue de la production de cristaux par évaporation d'une solution, notamment de jus sucré, chauffée à la vapeur d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau de tubes en épin35 gles à cheveux répartis par groupes, chaque groupe étant constitué par au moins un tube, le plan du ou de chaque tube étant incliné de telle sorte que la branche d'entrée de la vapeur soit à un niveau supérieur à celui de la -2 branche de sortie de l'eau condensée, lesdites branches étant sensiblement horizontales, en ce que les groupes sont superposés de manière à former, suivant la longueur de l'échangeur, des rangées parallèles, deux rangées voi5 sines étant séparées par un certain intervalle, et en ce que les extrémités des tubes sont fixées dans une plaque tubulaire du côté extérieur de laquelle il est prévu un cloisonnement vertical séparant alternativement les orifices d'entrée et les orifices de sortie des tubes. Ledit cloisonnement définit des caissons verticalement allongés, tous les caissons afférents eux orifices d'unemême fonction communiquant entre eux. Un couvercle ferme l'ensemble des caissons, une tubulure d'entrée de vapeur étant solidaire dudit couvercle. 15 Des cloisons supportant les tubes divisent longitudinalement l'échangeur en une pluralité de compartiments alimentés individuellement en solution, le compartiment contenant les coudes des tubes étant en outre alimenté en magma d'ensemencement, et le compartiment contigu à la 20 plaque tubulaire étant le compartiment de sortie d'un mélange de cristaux et de liqueur-mère. Chaque groupe est constitué avantageusement par une pluralité de tubes, trois par exemple, dont les coudes ont des rayons de cintrage différents de manière à pouvoir 25 être aménagés les uns à l'intérieur des autres. Les tubes sont avantageusement fixés sur la plaque tubulaire par dudgeonnage. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, 30 concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non-limitatif. La figure 1 représente de façon schématique l'ensemble de l'échangeur de chaleur. La figure 2 est une vue en bout du faisceau d'échange, côté coudes des tubes, son couvercle étant supposé enlevé sur la partie droite de la figure. La figure 3 en est une vue partielle en plan. La figure 4 en est une vue en bout, côté extrémité des tubes, son couvercle étant supposé enlevé. La figure 5 est une vue de face du couvercle. La figure 6 est une coupe axiale dudit couvercle. La figure 7 est une vue en coupe axiale du caisson de sortie d'eau condensée et du gaz incondensable. Sur la figure 1, on voit l'ensemble de l'échangeur 10 contenu dans une virole 1 horizontalement allongée Le repère 2 désigne le faisceau d'échange de chaleur disposé dans la moitié inférieure de la virole 1 o il est recouvert par la solution (jus sucré, par exemple) qui atteint le niveau N Ce faisceau est constitué par des tubes en épingles A cheveux dont les extrémités sont fixées dans une plaque tubulaire 3 L'agencement des tubes du faisceau 2 sera décrit plus explicitement par la suite Des cloisons transversales, telles que 4, qui supportent les tubes, divisent longitudinalement l'échangeur en une pluralité 20 de compartiments, tels que 5, alimentés individuellement en jus sucré concentré par les tuyauteries, telles que 6, 7 et 9 Le compartiment d'extrémité contenant les coudes des tubes est alimenté en outre,par la tuyauterie 8 en un magma d'ensemencement essentiellement constitué 25 par des petits cristaux en suspension dans du jus sursaturé. Le repère 10 désigne une tole déflectrice qui fait obstacle aux gouttelettes liquides, tandis que la vapeur s'échappe par la sortie 11 branchée sur un dôme 12. La vapeur de chauffage est introduite suivant V dans le faisceau 2 tandis que la vapeur condensée est évacuée suivant C Le liquide introduit circule à travers le faisceau 2 grâce à un système de chicanes usuel non représenté. A la sortie, on recueille en M, à la base du compartiment 35 d'extrémité opposé à celui contenant les coudes des tubes, un mélange de cristaux et de liqueur-mère qu'il est facile de séparer par centrifugation. Sur les figures 2 à 7, on a représenté en détail, -4 plus grande échelle, la structure du faisceau d'échange 2 et ses organes annexes. Ce faisceau est constitué par un ensemble de tubes en épingles à cheveux répartis par groupes Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, chaque groupe G pris en exemple,comprend trois tubes 13, 13 ' et 13 ". Ces tubes ont des rayons de cintrage différents de manière à pouvoir être aménagées les uns à l'intérieur des autres. Comme représenté à droite de la figure 3,le tube 13 a un 10 rayon de cintrage supérieur à celui du tube 13 ' et celuici un rayon de cintrage supérieur à celui du tube 13 ". Tous ces tubes ont leurs branches horizontales, mais leurs plans sont inclinés de telle sorte que la branche d'entrée de la vapeur soit à un niveau supérieur à celui de la bran15 che de sortie des condensats Cette disposition présente l'avantage de favoriser l'écoulement et d'éviter que les condensats ne viennent stagner dans les boucles des tubes. En effet ces boucles assurent le dénivellement des branches et par suite, l'inclinaison du plan de chaque tube. 20 Les groupes tels que le groupe G que l'on vient de définir sont superposés de manière à former une rangée verticale R 1 qui s'étend suivant la longueur de l'échangeur. Suivant la largeur de ce dernier sont aménagéesdes rangées R identiques; deux rangées voisines telles que R 1 et R 2 25 sont séparées par un certain intervalle d Dans une rangée R, les écartements en hauteur entre les branches des tubes 13, 13 ' ou 13 " doivent être déterminés pour laisser l'espace suffisant entre chacun des tubes d'un même repère. En principe l'inclinaison des tubes 13, 13 ' et 13 " serait 30 de préférence identique Le fait de loger un maximum de tubes dans le volume disponible conduit à adopter pour le tube 13 " le rayon de cintrage le plus court possible compatible avec le diamètre et l'épaisseur de ce tube Dans ce cas il peut être judicieux de donner à ces tubes 13 " une 35 inclinaison plus importante que pour les tubes 13 et 13 '. Dans l'exemple choisi les tubes 13 et 13 ' ont la même inclinaison, le tube 13 ' étant entouré par le tube 13 au décalage près en hauteur Le tube 13 " est nettement plus -5 incliné que les précédents qui l'entourent Le tube 13 " ne saurait toutefois être contenu dans un plan vertical. Les extrémités des tubes 13, 13 ' et 13 " sont fixées dans la plaque tubulaire 3, comme cela est plus particu5 lièrement visible sur les figures 3 et 4 Cette fixation est avantageusement assurée par dudgeonnage. A l'extrémité du faisceau 2, côté coudes, un couvercle 14 muni de raidisseurs, tels que 15, ferme l'échangeur Ce couvercle permet le montage et d'éventuels démon10 tages en cas de remplacement de tubes. A l'extrémité opposée est prévue une boite vapeur compartimentée par des cloisons verticales telles que 16, séparant alternativement les orifices d'entrée et les orifices de sortie des tubes Ces cloisons définis15 sent des caissons alternés de vapeur et de condensats, lesdits caissons étant verticalement allongés Les cloisons 16 ont la même hauteur que la ceinture 107 de la boite vapeur 100. Sur la partie droite de la figure 4 on distingue 20 les caissons de vapeur 101, 103 et 105 ainsi que les caissons de condensats 102, 104 et 106 Sur la partie gauche de la figure sont représentés des caissons symnétriques Le seul caisson 106 est un caisson double commun aux deux demi-largeurs du faisceau Comme représenté 25 en détail sur les figures 5 et 6 la boite vapeur 100 est fermée par un couvercle 17 dont la paroi de fond 19 est équipée d'un joint 108 portant à la fois sur la ceinture 107 et sur les bords des cloisons 16 Les caissons 101 à 106 sont ainsi isolés les uns des autres Le cou30 vercle 17 assure l'arrivée de vapeur aux caissons tels que 101, 103 et 105 et la sortie des incondensables légers des caissons tels que 102, 104 et 106 La sortie des condensats est par contre directement assurée par la tubulure 21 prévue à la partie inférieure de la ceinture 35 107 de la boite 100 (voir fig 4 et 7) Le couvercle 17 est muni d'une tubulure 18 d'entrée de vapeur Entre l'extrémité intérieure de la tubulure 18 et 1 a paroi de fond 19 du couvercle qui ferme les caissons précités, est prévu un canal transversal 20 qui amène la vapeur aux caissons tels que 101, 103 et 105 à travers des orifices, respectivement 51, 53, 55 pratiqués dans ladite paroi de fond 19 Ce même couvercle 17 est également muni des tu5 bulures 23 débouchant en point haut des caissons tels que 102, 104 et 106 et des caissons homologues de la partie gauche de la fig 4 pour la sortie des incondensables légers. A l'exception du caisson central 106, dont la base 10 est plane, les autres caissons sont délimités à leur partie inférieure par un plan incliné Les condensats et les incondensables lourds des caissons 102 et 104 et de leurs homologues de la partie gauche de la figure 4 sont amenés au caisson central 106 suivant cette pente par l'inter15 médiaire de passages 33 et 35 traversant respectivement les caissons 103 et 105 le long dudit plan incliné Les incondensables lourds de l'ensemble des caissons 102, 104, 106 et de leurs homologues de la partie gauche de la figure 4 sont finalement extraits par la tubulure 22 prévue 20 sur la paroi 19 du couvercle 17. Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle ne lui est en rien limitée et que des modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son do25 maine En particulier rien ne s'oppose àce qu'une rangée R soit constituée de groupes composés de 2 seuls tubes 13 "t et 13 ' et même à la limite du seul tube 13 ". On pourra notamment remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre l'exemple représenté, ses différentes variantes d'exécution possible dans les limites définies par les revendications. REVEND I C A T IONS 1 Echangeur de chaleur pour cristallisation continue, en vue de la production de cristaux par évaporation d'une 5 solution, notamment de jus sucré, chauffée à la vapeur d'eau, caractérisé en ce qu'il comprend un faisceau ( 2) de tubes en épingles à cheveux répartis par groupes (G), chaque groupe étant constitué par au moins un tube ( 13), le plan du ou de chaque tube étant incliné de telle sorte 10 que la branche d'entrée de la vapeur soit à un niveau supérieur à celui de la branche de sortie de l'eau condensée, lesdites branches étant sensiblement horizontales, en ce que les groupes (G) sont superposés de manière à former, suivant la longueur de l'échangeur, des rangées 15 (R) parallèles, deux rangées voisines (Rl, R 2) étant séparées par un certain intervalle (d), et en ce que les extrémités des tubes ( 13) sont fixées dans une plaque tubulaire ( 3) du coté extérieur de laquelle il est prévu un cloisonnement vertical ( 16) séparant alternativement 20 les orifices d'entrée et les orifices de sortie des tubes ( 13). 2 Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cloisonnement définit des caissons verticalement allongés ( 101, 102, 103, 104, 105, 106), tous les caissons afférents aux orifices d'une même fonction communiquant entre eux. 3 Echangeur de chaleur suivant la revendication 2, carac30 térisé par un couvercle ( 17) fermant l'ensemble desdits caissons, une tubulure d'entrée de vapeur ( 18) étant solidaire dudit couvercle. 4 Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, carac35 térisé en ce que des cloisons ( 4) supportant les tubes ( 13) divisent longitudinalement ledit échangeur en une pluralité de compartiments ( 5) alimentés individuellement en solution, le compartiment contenant les coudes des -8 tubes ( 13) étant en outre alimenté en magma d'ensemencement, et le compartiment ( 5) contigu à la plaque tubulaire ( 3) étant le compartiment de sortie d'un mélange de cristaux et de liqueur-mère. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque groupe (G) est constitué par une pluralité de tubes ( 13, 13 ', 13 ") dont les coudes ont des rayons de cintrage différents de manière à pouvoir 10 être aménagés les uns à l'intérieur des autres. 6 Echangeur de chaleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que dans chaque groupe (G) le tube ( 13 ") dont 1 l coude a le plus petit rayon de cintrage présente une inclinaison plus importante que celle du ou des autres tubes ( 13, 13 t). 7 Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisi en ce que les tubes ( 13) sont fixés sur la plaque 20 tubulaire ( 3) par dudgeonnage.