Brevet FR2547207A1 — publié le 19841214

La présente invention concerne un dispositif de séparation du solvant d'une solution par mise en couche mince de cette solution. On connait déjà dans la technique antérieure des dispositifs pour réaliser la concentration, la surconcentration ou le séchage d'une solution liquide ou pâteuse par mise en couche mince de cette solution sur une surface d'échange afin d'évaporer ou de sécher le solvant de la solution. Un premier dispositif connu est un évaporateur en couche mince, muni d'un rotor, destiné essentiellement à traiter des solutions d'une viscosité supérieure à 1,5 Pa s Un tel évaporateur comprend une paroi cylindrique chauffée extérieurement, disposée verticalement 15 ou horizontalement, à l'intérieur de laquelle tourne un rotor à pales fixes ou mobiles destinées à étaler la solution en couche mince sur cette paroi chauffée La solution à traiter est introduite par le haut de la paroi cylindrique et est reprise par les pales du rotor 20 en suivant un trajet sensiblement hélicoidal, le produit concentré étant récupéré à la base de la paroi cylindrique. Un tel dispositif connu présente un certain nombre d'inconvénients: le dispositif doit être massif et surdimen25 sionné pour répondre à la législation des appareils à pression (dans le cas d'un fonctionnement à la vapeur) et assurer une bonne tenue mécanique; le dispositif n'utilise qu'une partie de la surface d'échange; l'évaporateur exige un usinage particulier du stator (paroi cylindrique) et rotor ce qui entraîne un coût de fabrication élevé; le jeu entre le stator et le rotor, qui définit théoriquement l'épaisseur du film, est fonction -2 de la taille de l'évaporateur, le film étant d'autant plus épais que l'évaporateur est plus important; compte tenu du coût élevé d'un tel dispositif, seuls les évaporateurs de petite surface sont utilisés; 5 les débits évaporatoirs sont donc faibles et la chaleur latente des buées difficilement récupérable. le fonctionnement de l'évaporateur nécessite un grand écart de température entre le fluide chauffant utilisé pour chauffer la paroi cylindrique et le liquide 10 à évaporer; étant donné que la pièce principale de l'évaporateur, à savoir le rotor, est en rotation, une lubrification est recommandable; le dispositif présente des risques de blocage 15 du rotor lors de l'apparition importante de parties sèches sur la paroi cylindrique; et le dispositif nécessite des précautions à prendre au niveau des paliers pour réaliser une étanchéité parfaite lors d'un fonctionnement sous vide. 20 Un deuxième type de dispositif connu est un sécheur à film mince, muni d'un rotor à palespendulaires, qui permet de réunir surconcentration et séchage Un tel dispositif s'apparente à l'évaporateur décrit précédemment, la différence essentielle étant que le rotor est muni de pales oscillantes, montées sur charnière, au lieu de pales fixes ou simplement articulées. Un tel sécheur présente les inconvénients cités précédemment pour les évaporateurs en couche mince. Il faut en outre signaler que le coût de fabrication d'un tel sécheur est plus élevé que celui d'un évaporateur en couche mince Par ailleurs, -3 le sécheur ne peut être utilisé que pour certains types de solutions dont le séchage ne passe pas par une forme pâteuse Finalement, il présente des risques dbbturation de l'orifice de sortie. La présente invention propose un dispositif de séparation qui permet d'éviter les inconvénients des dispositifs connus décrits précédemment. Parmi les principaux avantages du dispositif de l'invention, on peut signaler tout d'abord que 10 celui-ci permet de réaliser la concentration, la surconcentration ou le séchage de solutions liquides ou pâteuses En outre, le dispositif de l'invention est particulièrement économique, il permet de surcroît de conserver la qualité du produit, ce qui est parti15 culièrement important dans le cas de produits thermosensibles Finalement, le dispositif de l'invention est d,'un coût de fabrication réduit. Le dispositif de séparation de l'invention comporte au moins une surface d'échange plane et verticale; des moyens d'action thermique pour amener la surface d'échange à une température comprise entre 0 et 200 C dans le cas d'une évaporation; des moyens d'alimentation pour amener la solution à la partie supérieure de la surface d'échange; au moins un rouleau d'axe hori25 zontal déplaçable verticalement le long de la surface d'échange pour y étaler la solution en couche mince des moyens d'entraînement pour déplacer le rouleau en translation verticale alternée de haut en bas et de bas en haut; des moyens de serrage pour régler 30 l'écart entre le rouleau et la surface d'échange; et des moyens de récupération de produit en partie inférieure de la surface d'échange. -4 Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comporte deux surfaces d'échange parallèleset espacées qui définissent entre elles une enceinte pour les moyens d'action thermique Un tel mode de réalisation permet de doublerla surface d'échange thermique tout en améliorant l'échange thermique entre les moyens d'action thermique situés à l'intérieur de l'enceinte et les deux surfaces d'échange. Les moyens d'action thermique peuvent être des moyens de chauffage pour provoquer la séparation du solvant par évaporation Ces moyens de chauffage peuvent être constitués de moyens en soi connus, tels qu'unfluide chauffant, des résistances électriques, 15 etc. En variante, ces moyens d'action thermique sont des moyens de réfrigération permettant de provoquer la séparation du solvant par cristallisation. Ces moyens de réfrigération, qui peuvent être réalisés 20 de toute manière connue, comportent avantageusement la circulation d'un fluide frigorigène. Les moyens d'action thermique précités permettant d'amener la surface d'échange à une température comprise entre O et 200 C, dans le cas d'une évaporation, et 25 la solution à traiter à une température comprise entre O et 120 C, l'écart de température entre les moyens d'action thermique et la solution à traiter pouvant varier de 5 à 100 C. Selon une autre caractéristique de l'invention, 30 les moyens de serrage sont asservis auxmoyensd'entralnement en sorte que l'écartement entre le rouleau et la surface d'échange décroisse progressivement lors -5 du délacement du rouleau de haut en bas puis augmente à nouveau et reste constant lors du déplacement du ruleau de bas en haut Un tel agencement permet de diminuer progressivement l'épaisseur de la couche mince au fur et à mesure que cette couche est étalée par le rouleau Il permet également d'assurer la remontée du rouleau sans contact avec la couche mince sur la surface d'échange. Selon une autre caractéristique de l'invention, 10 le rouleau est monté à rotation libre sur deux supports d'extrémité déplaçables en synchronisme sous l'action des moyens d'entraînement, les moyens de serrage étant portés par lesdits supports. Selon encore une autre caractéristique de 15 l'invention, les supports précités comportent une fente oblongue horizontale pour recevoir une extrémité du rouleau et les moyens de serrage comportent une liaison reliée à une bague montée sur l'axe du rouleau et à la tige d'un vérin monté verticalement sur le 20 support. Dans une variante de réalisation de l'invention, le dispositif comporte un rouleau supérieur déplaçable sur sensiblement la demi partie supérieure de la surface d'échange et un rouleau inférieur déplaçable sur sensiblement la demi partie inférieuiede la surface d'échange Un tel dispositif présente notamment comme avantage de pouvoir utiliser un vérin ayant sensiblement une course moitié de celle du vérin utilisé pour l'entraînement d'un seulrouleau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels: -6 La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de séparation selon l'invention comportant deux surfaces d'échange; la figure 2 est une vue en élévation montrant la structure d'un des supports et des moyens de serrage du dispositif de la figure 1; la figure 3 est une vue de côt é-d'un dispositif selon l'invention comportant deux rouleaux sur chacune des surfaces d'échange. Le dispositif de séparation représenté sur la figure 1 comporte deux surfaces d'échange planes et verticales 10 constituées de deux plaques, par exemple en acier inoxydable, parallèles et espacées l'une de l'autre Les deux plaques formant les surfaces 15 d'échange 10 sont reliées par deux faces latérales verticales 12 formant des rebords verticaux 13 sur chacune desdites plaques, par une face supérieure horizontale 14 présentant deux chanfreins 16 et par une face inférieure horizontale 17 Les deux surfaces d'échange 10 définissent 20 ainsi entre elles une enceinte destinée à recevoir des moyens d'action thermique Dans l'exemple particulier représenté sur la figure 1, ces moyens d'action thermique comportent une canalisation d'entrée 18 reliée à un distributeur 20 disposé à l'intérieur de l'enceinte, cette dernière étant reliée à une canalisation de sortie 22 pour permettre la circulation d'un fluide chauffant ou réfrigérant. Le dispositif comporte par ailleurs, au-dessus de la face supérieure 14, un bac d'alimentation 24 destiné 30 à contenir la solution à traiter Ce bac d'alimentation est muni de moyens appropriés, par exemple de buses, pour permettre la distribution progressive de la solution en partie supérieure des deux surfaces d'échange 10 La répar- -7 tition de la solution à traiter s'effectue ainsi sur les deux surfaces d'échange 10 par gravité Toutefois, il est possible, dans le cadre de l'invention, de prévoir un applicateur tel qu'une raclette pour permettre la distribution de la solution à traiter. Le dispositif comporte enoutre deux supports horizontaux 26 déplaçables en synchronisme sous l'action chacun d'un vérin pneumatique 28, disposé verticalement, dont la tige 30 est reliée au support 10 26 Les deux supports 26 sont déplaçables le long des faces verticales 12 précitées et supportent chacun deux rouleaux 32 d'axe horizontal, montés à rotation libre Ces deux rouleaux, réaliséspar exemple en polytétrafluoroéthylène, sont destinés à étaler la 15 solution à traiter en couche mince sur les deux surfaces d'échange 10 A cet effet, les deux vérins 28 sont commandés de manière à déplacer les supports 26 et par conséquent les rouleaux 32 en translation verticale alternée de haut en bas et de bas en haut. 20 Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte en outre des moyens de serrage 34, portés par les supports 26, et destinés à régler l'écartement entre chacun des rouleaux 32 et la surface d'échange 10 correspondante Ces moyens de serrage sont asservis 25 auxmoyens d'entraînement des rouleaux en sorte que l'écartement entre chaque rouleau 32 et la surface d'échange 10 correspondante décroisse progressivement lors du déplacement du rouleau de haut en bas et augmente à nouveau et reste constant lors du déplacement 30 du rouleau de bas en haut. Cet agencement permet de diminuer progressivement l'épaisseur de la couche de solution à sécher ou à concentrer et de favoriser d'une part la séparation du solvant et d'autre part l'évacuation de la solution concen35 trée, le mouvement ascendant des rouleaux 32 s'effectuant -8 sans contact avec la couche de solution à traiter. Ceci permet de récupérer, en partie inférieure des surfaces d'échange 10, un produit séché ou concentré Ce produit est récupéré dans un bac approprié 36. On se référera maintenant plus paticulièrement à la figure 2 pour décrire les moyens de serrage de l'invention. Chacun des supports 26 comporte deux fentes oblongues horizontales 38 pour recevoir chacune une des extrémités de l'axe 40 d'un rouleau 32 Les moyens de serrage 34 comportent une liaison 42 reliée à une bague 44 montée sur l'axe du rouleau et à la tige 46 d'un vérin 48 monté verticalement sur le support. Les deux vérins 48 portés par les supports 26 sont 15 commandés en synchronisme et asservis au mouvement des vérins 28 pour permettre de régler l'écartement comme indiqué précédemment Comme on peut le voir sur le dessin, le déploiement de la tige 46 des vérins 48 permet de diminuer l'écartement entre le rouleau de la 20 surface d'échange correspondante, tandis que le retrait de la tige du vérin permet au contraire d'augmenter cet écartement Pour permettre un réglage précis des liaisons 42, chacune d'elle comprend une tige 50 reliée à la bague 44 et une tige 52 reliée à la tige 46 du vérin. Les extrémités des deux tiges 50 et 52 en vis à vis sont filetées et reliées par un manchon 54 fileté intérieurement Les parties filetées des tiges 50 et 52 sont à pas contraire, en sorte que en tournant le manchon 54 dans un sens on diminue la longueur de la liaison et 30 que, en le tournant dans l'autre sens, on augmente au contraire la longueur de la liaison. Le support 26 est par ailleurs muni de deux roulettes de guidage 56 coopérant avec des guides verticaux 58 de manière à assurer un déplacement parfaitement vertical des deux supports 26 et par conséquent des rouleaux. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 3, le dispositif comporte deux rouleaux supérieurs 32 supportés par un support 26 et deux rouleaux inférieurs 32 ' supportés par un support 26 ' Les deux supports 26 et 26 ' sont entrainés en synchronisme par un vérin 28 de telle sorte que les rouleaux supérieurs se déplacent sur sensiblement la demi partie supérieure O 10 de surface d'échange 10 et que les rouleaux inférieurs se déplacent sur sensiblement la demi partie inférieure des surfaces d'échange Cette disposition a pour avantage de permettre l'utilisation de vérins 28 ayant une course sensiblement de moitié par rapport à celle 15 desvérinsdu dispositif de la figure 1. Dans une antre variante de réalisation, les moyens de serrage ne sont pas asservis aux moyens d'entraînement, mais constitués par une faible inclinaison relative entre la surface d'échange ( 10) et le plan dans lequel se 20 déplace l'axe du rouleau ( 32) de sorte que l'écartement entre le rouleau et la surface d'échange décroisse progressivement lors du déplacement du rouleau de haut en bas Ainsi dans le cas o l'on utilise deux surfaces d'échange, celles-ci ne seront pas exactement parallèles de sorte que 25 la distance qui les sépare soit sensiblement plus grande à leur partie inférieure qu'à leur partie supérieure. Le dispositif de l'invention peut être placé à l'intérieur d'une enceinte hermétique munie de moyens pour y faire le vide permettant ainsi de récupérer les buées 30 et les comprimer pour les envoyer comme fluide chauffant. On remarquera que le dispositif de l'invention est un dispositif modulaire et qu'on peut utiliser en parallèle une succession de tels dispositifs. -10 Le dispositif de l'invention peut être utilisé en particulier pour l'évaporation d'un solvant d'une solution dans le but de concentrer des produits organiques Cesproduits-organiques peuvent être des produits du domaine agroalimentaire, par exemple des jus de fruit, des concentrés de tomate, etc; ou encore des produits du domaine chimique, comme des latex, de l'acide sulfurique etc. Le dispositif peut être également appliqué au 10 séchage de solutions pour l'obtention d'un produit sec à partir d'un produit concentré, par exemple pour les pigments pour peinture. Enfin, lorsque le fluide chauffant est un fluide frigorigène, le dispositif permet la cristalli15 sation du solvant de la solution C'est ainsi que le dispositif peut être utilisé pour l'obtention de produits concentres, tels que des jus de fruit, des extraits de café, etc. -11 REVENDICATIONS 1 Dispositif de séparation du solvant d'une solution par mise en couche mince de cette solution, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une surface d'échange, plane et verticale ( 10); des auoyens d'action thermique ( 20) 5 pour amener la surface d'échange à une température comprise entre O et 200 C dans le cas d'une évaporation; des moyens d'alimentation ( 24) pour amener la solution à la partie supérieure de la surface d'échange; au moi rsun rouleau ( 32) d'axe horizontal déplaçable verticalement le long 10 de la surface d'échange pour y étaler la solution en couche mince; des moyens d'entraînement ( 28) pour déplacer le rouleau en translation verticale alternée de haut en bas et de bas en haut; des moyens de serrage ( 34) pour régler l'écartement entre le rouleau et la surface d'échange; et des moyens de récupération de produit ( 36) en partie inférieure de la surface d'échange. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux surfaces 20 d'échange parallèles et espacées ( 10) qui définissent entre elles une enceinte pour les moyens d'action thermique ( 20). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les moyens d'action 25 thermique ( 20) sont des moyens de chauffage pour provoquer la séparation du solvant par évaporation. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les moyens d'action thermique ( 20) sont des moyens de réfrigération pour provoquer la séparation du solvant par cristallisation. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de serrage ( 34) sont asservis aux moyens d'entraînement -12 ( 28) en sorte que l'écartement entre le rouleau ( 32) et la surface d'échange ( 10) décroisse progressivement lors du déplacement du rouleau de haut en bas, puis augmente à nouveau et reste constant lors du dépla5 cement du rouleau de bas en haut. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le rouleau ( 32) est monté à rotation libre sur deux supports d'extrémité ( 26) déplaçables en synchronisme sous l'action 10 des moyens d'entraînement ( 28) et par le fait que les moyens de serrage ( 34) sont portés par lesdits supports. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les supports ( 26) compor15 tent une fente oblongue horizontale ( 38) pour recevoir une extrémité d'axe du rouleau et que les moyens de serrage ( 34) comporte une liaison ( 42) reliée à une bague ( 44) montée sur l'axe du rouleau et à la tige ( 46) d'un vérin ( 48) monté verticalement sur le 20 support. 8 Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que les supports ( 26) sont munis de roulettes de guidage ( 56) coopérant avec des guides verticaux ( 58). 9 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de serrage sont constitués par une aible inclinaison relative entre la surface d'échange ( 10) et le plan dans lequel se déplace l'axe d'un rouleau ( 32) de sorte que l'écartement entre le rouleau ( 32) et la surface d'échange décroisse progressivement lors du déplacement du rouleau de haut en bas. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un -13 rouleau supérieur ( 32) déplaçable sur sensiblement la demi-partie supérieure de la surface d'échange ( 10) et un rouleau inférieur ( 32 ') déplaçable sur sensiblement la demi-partie inférieure de la surface d'échange. 5 11 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il est placé à l'intérieur d'une enceinte hermétique munie de moyens pour y faire le vide. 12 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la surface d'échange ( 10) est une plaque d'acier inoxydable et le rouleau est en polytétrafluoroéthylène.