Brevet FR2569128A3 — publié le 19860221

FR 2569128 A3 19860221 FR 8507624 A 19850521 La présente invention est relative à un dispositif de répartition uniforme d'un liquide sur les tubes chauffants d'un évaporateur à cascade montés dans des plaques de fond, comme ceux que l'on-utilise notamment dans l'industrie sucrière, comportant un-dispositif d'amenée du liquide et plusieurs étages superposés de gouttières annulaires subdivisées en un même nombre de chambres et munies de trop-pleins des deux côtés, les bords des trop-pleins des gouttières de l'étage de gouttières inférieur ayant une forme en dents et les dents d'écoulement repliées se trouvant au-dessus des bandes de la plaque de fond. Dans les évaporateurs à cascade, le liquide qui doit s'évaporer traverse de haut en bas, en couche mince, des tubes qui sont chauffés de l'extérieur par de la vapeur. Par apport de chaleur, le liquide se vaporise le long des parois des tubes chauffants. Pour qu'il n'y ait pas, sur les parois intérieures des tubes chauffants, formation d'une pellicule de liquide trop épaisse ou trop fine qui aurait une influence défavorable sur la vaporisation, il faut que la quantité de liquide amenée aux différents tubes chauffants ne soit pas excessive ni trop faible. L'évaporation du liquide produit, dans les tubes chauffants, de la vapeur qui se déplace vers le bas avec le liquide à concentrer. La vapeur produite non seulement pousse la pellicule de liquide contre la paroi du tube, mais, également, favorise l'écoulement vers le bas, De plus, en raison de l'évaporation, la pellicule de liquide va en s'amincissant vers le bas. Elle ne doit cependant pas s'amincir au point de se déchirer, car cela amènerait la surchauffe du liquide.Pour que ces conditions soient remplies, il faut que chaque tube chauffant reçoive la même quantité, exactement déterminée à l'avance, de liquide à évaporer. Pour la réalisation d'une répartition uniforme du liquide, qui arrive en un jet large, en plusieurs courants individuels peu importants, on connait des dispositifs de formes variées tels qu'appareils à douches, buses, corps suspendus, plaques perforées etc. Un dispositif de répartition uniforme d'un liquide dans des évaporateurs à cascade est décrit par exemple par le brevet DE-PS 2554071. Dans ce dispositif, les bords des trop-pleins des gouttières les plus basses sont munis d'é chancrures triangulaires, ce qui donne des dents triangu laires. Dans ces conditions, une dent sur deux, d'un chaque bord, a sa pointe incurvée à la même hauteur vers le bas, les pointes étant au-dessus des bandes de la plaque de fond et leur écartement correspondant à la répartition des tubes chauffants.Cette disposition réalise des condi tions d'écoulement insuffisantes par rapport à la théorie de l'arrosage de la plaque de fond L'inconvénient de ce dispositif connu réside dans le fait que la zone d'arrivée du courant liquide sur la plaque de fond est directement proportionnelle à la vitesse d'arrivée du liquide ou à la quantité de liquide, C'est ainsi, par exemple, que, lorsque les gouttières sont très remplies, le courant liquide, dans le cas le plus défavorable, n'atteint plus la plaque de fond, mais coule directement dans le tube chauffant et pro voque des phénomènes d'évaporation irréguliers et incontrô lés. La courbe de chute du liquide qui doit se repartir a une allure parabolique. Le but de l'invention est d'obtenir, par des moyens simples, un arrosage de la plaque de fond qui assu re une répartition uniforme du liquide au-dessus de la pla que de fond, de manière que tous les tubes chauffants soient arrosés par la même quantité, déterminée à l'avance, du liquide qui doit être évaporé. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que la zone des bords de trop-plein des parois latérales des gouttières les plus basses comporte des découpures tropézoidales auxquelles correspondent des dents d'écoulement constituées par des tiges de guidage minces qui vont jusqu'à proximité de la surface de la plaque de fond et en ce que ces découpures de parois latérales correspondant aux tiges de guidage sont décalées de la moitié de la distance d'écartement des tubes, Par suite de cette disposition, la répartition sur la plaque de fond est indépendante de la vitesse. Le long de la tige de guidage, il se forme une section de liquide circulaire, de sorte que la quantité d'écoulement ne suit pas une parabole.Dans ces conditions, non seulement l'écoulement du liquide s'effectue dans les conditions voulues, mais, en plus, les variations qui peuvent se produire dans l'amenée du liquide se compensent sans difficulté L'avantage qu'offre l'invention est particulièrement net lorsque la surface de base des découpures trapézoïdales correspond à peu près à la largeur des tiges de guidage. Dans le dispositif connu, les gouttières les plus basses correspondant aux tubes chauffants sont disposées de telle manière que les dents d'écoulement qui se trouvent l'une à gauche et l'autre à droite à proximité d'un tube chauffant sont en face des bandes correspondantes de la plaque de fond. Dans cette disposition, les trajets d'écoulement du liquide sur la plaque de fond depuis la zone d'arrivée du liquide sur le fond jusqu'à son point de débordement dans le tube chauffant ne sont à peu près égaux que dans une rangée de tubes. Le trajet d'écoulement jusqu'au prochain tube de la rangée voisine est nettement plus long Le manque d'uniformité des conditions d'arrosage des différents tubes chauffants n'en est que plus accentué. Pour égaliser les trajets d'écoulement du liquide sur la plaque de fond, non seulement entre les tubes d'une même série de tubes, mais également entre tous les tubes, il est prévu, suivant l'invention, que les gouttières parallèles à une rangée de tubes chauffants soient décalées d'un côté d'une distance "a" par rapport au milieu des tubes et ne soient montés qu'au-dessus d'une rangée de tubes sur deux. La distance a est déterminée d'après la forme de la plaque de fond et d'après la largeur des gouttières, de telle manière qu'à partir de la zone d'arrivée sur la plaque de fond du liquide qui doit être réparti, les trajets d'écoulement soient égaux jusqu'aux trois plus proches tubes chauffants qui doivent être arrosés. Cette disposition assure également une répartion uniforme du liquide sur la plaque de fond. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs au dessin annexé. La fig. 1 représente schématiquement l'amenée et la répartition du liquide à l'intérieur d'un évaporateur à cascade, La fig. 2 est une coupe suivant la ligne A-B de la figure 4 représetant à plus grande échelle la gouttière de répartition inférieure. La fig. 3 est une coupe suivant la ligne C-D de la fig.4. La fig. 4 est une vue de dessus de deux gouttières de l'étage de gouttières le plus bas. La fig. 5 représente une gouttière d'écoulement de l'étage de gouttières le plus bas. La fig. 6 est une vue dans la direction A indiquée sur la fig. 5. La fig. 7 est une vue dans la direction B indiqué sur la fig. 5. Comme le montre la fig. 1, le jus qui doit être évaporé est amené à l'installation de répartition par un tube central d'un dispositif d'amenée 1 du liquide, représenté schématiquement et se déverse d'une manière annu laire dans le premier étage de gouttières 2. En passant par dessus les bords d'écoulement, sans référence, le liquide se répartit sur un étage de gouttières médian et, de là, dans l'étage de gouttières le plus bas 4. Les gouttières, désignées par la référence 5, sont disposées au-dessus d'une plaque de fond 6, munie de tubes chauffants 7, d'un évaporateur à cascade. Le liquide qui tombe des gouttières 5 arrive sur les bandes 6a de la plaque de fond entre les tubes. Les gouttières 5 de l'étage de gouttières le plus bas 4 ont des parois latérales 8 et 9 qui leur donnent une forme de section triangulaire. Dans la zone des bords de trop-plein 20 et 21, ces parois latérales 8 et 9 comportent des découpures trapézoïdales 10 et 11 auxquelles se raccordent, au niveau de leurs surfaces de base 25, des tiges de guidage minces 12 et 13 ayant une largeur 26. Ces tiges 12 et 13 sont jusqu'à proximité de la surface 14 de la plaque de fond 6. Les figures 2 et 4 représentent partiellement deux gouttières 5 désignées par les références Sa et 5b, Les découpures trapézoldales 10 et 11 sont désignées, par la gouttière Sa, par les références 10a, lOb, et 10c, lia, lîb et lic, Les tiges de guidage correspondantes sont désignées par les références 12a, 12b, 12c,13a, 13b et 13c. La figure 4 met en évidence le décalage des découpures 10 et 11 et des tiges de guidage 12 et 13. Les découpures 10 sont, par rapport aux découpures 11, décalées d'une demi-distance axiale entre les tubes, t/2. De plus, les gouttières 5 sont décalées, par rapport au milieu des tubes chauffants 7, d'une distance "a". Du fait de cette disposition, l'arrivée du liquide sur la plaque de base 6 s'effectue en 27.Cette zone d'arrivée 27 correspond à des trajets d'écoulement égaux jusqu'aux tubes les plus proches, Sur la figure 4, ces trajets d'écoulement sont désignés par les références 15, 16 et 17. Le décalage des découpures 10 et 11 et le décalage des gouttières 5 par rapport aux tubes chauffants 7 présente l'avantage que ce n'est plus à toutes les rangées de tubes 22, 23 ou 24, mais seulement à une rangée sur deux de gouttières 22 et 24 qu'une gouttière 5 doit correspondre, Cette disposition suivant l'invention permet non seulement d'obtenir sur la plaque de fond des trajets d'écoulement égaux, mais également de réduire le nombre des gouttières de l'étage de gouttières le plus bas, Les découpures trapézoïdales-10 et 11 peuvent avoir la forme des découpures 11a et ilb représentées par la fig.3.Ces découpures vont depuis la surface de base jusqu'aux bords de trop-plein 20 ou 21. Les surfaces de base peuvent avoir la forme indiquée par la ligne en trait plein 25a ou la forme 25 indiquée par la ligne en trait interrompu. Les dimensions de la surface de base dépendent du liquide qui doit être évaporé. La fig. 5 représente une gouttière individuelle 5 remplie de liquide 18. La gouttière se remplit de liquide jusqu'à un niveau 18a et se déverse ensuite par-dessus la surface de base 25 de la découpure lr. Il se forme alors, autour de la tige de guidage 13 une section circulaire 19 de liquide qui est guidée par la tige de guidage 13 jusqu'à la zone d'arrivée 27 sur la surface 14 de la plaque de fond 6. Par suite de cette disposition, le liquide qui se déverse à partir de la surface de base 25 ne peut pas tomber suivant une parabole et doit suivre un trajet déterminé. La faible largeur 26 des tiges de guidage 12 et 13 assure l'écoulement du liquide 18 hors des gouttières 5. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de répartition uniforme d'un liquide sur les tubes chauffants encastrés dans les plaques de fond des évaporateurs à cascade, notamment de ceux qui sont utilisées dans l'industrie sucrière, comportant un dispositif d'amenée du liquide et plusieurs étages de gouttières annulaires superposées, subdivisées e n un même nombre de chambres droites et munies de trop-plein des deux côtés, les bords de trop-plein des gouttières de l'étage de gouttières le plus bas ayant la forme de dents, les dents d'écoulement incurvées étant au-dessus des bandes de la plaque de fond et la zone des bords de trop-plein des bords latéraux des gouttières comportant des découpures trapézoîdales, caractérisé en ce qu'il comporte, comme dents de déversement, des tiges de guidage minces (12, 13i qui vont jusqu'à proximité de la surface (14) de la plaque de fond (6) et en ce que ces découpures 110, 11) ménagées dans les parois latérales (E,9) et correspondant aux tiges de guidage (12, 13) sont décalées de la moitié (t/2) de la distance entre les axes des tubes. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la surface de base (25) des découpures tra pézoidales (10,11) correspond à peu près à la largeur (26) des tiges de guidage (12, 13). 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les gouttières (Sa, 5b) situées parallèlement au-dessus d'une rangée (22 à 24) de tubes chauffants (7) sont décalées, d'un côté, d'une distance (a) par rapport au milieu des tubes et ne sont montés qu'au dessus d'une rangée de tubes (22, 24) sur deux.