Brevet FR2584939A1 — publié le 19870123

Procédé et installation pour l'évaporation d'un produit liquide, notamment un produit liquide incrustant La présente invention a pour objet un procédé pour l'évaporation d'un produit liquide, notamment d'un produit liquide incrustant, dans un évaporateur monocorps comprenant plusieurs sections d'évaporation alimentées par une même vapeur de chauffage, qui consiste à faire passer lé produit liquide à évaporer dans une première section d'évaporationpuis à amener le produit liquide ayant subi une évaporation partielle dans cette première section, dans une deuxième section d'évaporation et ainsi de suite jusqu'à la dernière section d'évaporation. Elle concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il est fréquent dans ce type de procédé, notamment lorsque le produit liquide à traiter est un produit incrustant contenant par exemple des matières minérales peu solubles et/ou des matières organiques, tel que la liqueur noire de papeterie ou une saumure saline, que les surfaces d'échange thermique d'une ou plusieurs des sections d'évaporation se couvrent d'un dépôt constitué notamment par lesdits produits minéraux etlou le produit de décomposition desdits matériaux organiques. Ce dépôt affecte l'échange thermique au niveau des surfaces d'échange et réduit par conséquent la capacité d'évaporation dans lesdites sections d'évaporation.Il est alors nécessaire d'éliminer ce dépôt par un nettoyage périodique, à l'eau ou aux produits chimiques, des surfaces d'échange contaminées, avec tous les inconvénients que cela comporte, à savoir consommation de réactifs chimiques et d'énergie, nécessité de mettre hors circuit la section d'évaporation à traiter, etc... Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et pour ce faire elle propose un procédé du type de celui défini dans le premier par > aphe de cette description et qui se caractérise en ce qu'à des intervalles de temps choisis, on modifie l'ordre de passage du produit liquide à travers les différentes sections d'évaporation, de préférence par permutation circulaire des sections d'évaporation. On comprendra aisément que dans ces conditions il est possible à un moment donné de traiter, dans une section d'évaporation dans laquelle était traité jusqu'alors un produit liquide à un degré de concentration relativement élevé, un produit liquide à un degré de concentration moindre ; de par sa concentration relativement faible, ce dernier produit va alors dissoudre le dépôt qui s'était éventuellement formé sur les surfaces d'échange thermique de ladite section d'évaporation, ce qui permet de maintenir à un niveau optimum le coefficient de transfert de chaleur de ces surfaces d'échange.On notera en outre que l'invention permet d'éviter d'une part, la mise en oeuvre de produits de nettoyage extérieurs au système d'évaporation susceptibles de contaminer le produit liquide traité dans ce système et d'autre part, la mise hors circuit de l'une quelconque des sections d'évaporation, ce qui permet l'obtention d'un produit liquide traité ayant toujours la même concentration finale. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit est constituée par un évaporateur monocorps qui comprend de manière connue en soi, une enceinte unique contenant plusieurs sections d'évaporation comportant chacune (a) au moins une surface d'échange thermique, (b) un circuit de vapeur de chauffage commun à toutes les sections d'évaporation et dont fait partie l'une des faces de ladite surface d'échange thermique, (c) au moins une partie d'un circuit de produit liquide comprenant l'autre face de la surface d'échange thermique et (d) au moins une partie d'un circuit de vapeur produite par l'évaporation du produit liquide, dit circuit de vapeur d'évaporation, les circuits de produit liquide ainsi définis étant reliés en série.Cet évaporateur se caractérise, selon l'invention, en ce qu'il comprend en outre un moyen de liaison définissant un circuit fermé avec lesdits circuits de produit liquide reliés en série, en ce que chaque circuit de produit liquide comprend un moyen d'amenée du produit liquide à concentrer et un moyen d'extraction du produit liquide à la concentration finale désirée et en ce qu'un moyen de sectionnement est prévu entre les différents circuits de produit liquide, sur ledit moyen de liaison et sur chaque moyen d'extraction Par le jeu des différents moyens de sectionnement prévus sur l'éva- porateur, il est possible de modifier à volonté et au moment voulu le trajet suivi au sein de l'évaporateur par le produit liquide à concentrer, de telle sorte que l'on peut à tout moment amener dans une section d'évaporation un produit ayant une concentration inférieure à celle du produit qui y était amené jusqu'alors, ce produit à concentration plus faible assurant dès lors le lavage de la section d'évaporation considérée. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'amenée du produit liquide à concentrer associés respectivement aux différents circuits de produit liquide, sont reliés à une source unique de produit liquide à concentrer, un moyen de sectionnement étant prévu sur chacun desdits moyens d'amenée . Par ailleurs, les circuits de vapeur d'évaporation peuvent communiquer entre eux. Toutefois, selon une variante, ces circuits peuvent être indépendants les uns des autres et dans ce cas chaque circuit de vapeur d'évaporation peut être pourvu d'un moyen de sectionnement qui permet de fermer ce circuit. Une telle fermeture a pour effet d'empêcher toute évaporation dans la section d'évaporation comprenant le circuit en cause. Par le jeu des divers moyens de sectionnement de l'évaporateur, il est en outre possible d'isoler cette dernière section d'évaporation, d'extraire le produit liquide présent dans le circuit de produit liquide correspondant à cette section, puis d'introduire un liquide de lavage dans ce même circuit et de faire circuler ce liquide de lavage dans ledit circuit de produit liquide.Cette possibilité d'isoler l'une des sections d'évaporation peut s'avérer intéressante notamment dans le cas où une permutation des sections d'évaporation ne suffirait pas à éliminer les dépôts formés sur les surfaces d'échange thermique. Les différents moyens de sectionnement mentionnés dans ce qui précède peuvent avantageusement être constitués par des vannes ; quant aux moyens de sectionnement prévus sur chaque circuit de produit liquide, il peut également être constitué par une surverse à ouverture et fermeture con trôlés. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation de l'évaporateur conforme à l'invention et comprenant quatre sections d'évaporation du type à circulation forcée dont les circuits de vapeur d'évaporation sont en communication, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre mode de réalisation de l'évaporateur conforme à l'invention comprenant quatre sections d'évaporation du type à circulation forcée dont les circuits de vapeur d'évaporation sont indépendantes les unes des autres, et - la figure 3 est une vue de dessus de l'évaporateur objet de la figure 2. L'évaporateur objet de la figure 1 comprend de manière connue en soi un corps de chauffe 1 comportant une arrivée 2 de vapeur de chauffage et à l'intérieur duquel est disposé verticalement un faisceau tubulaire 3. Ce dernier relie une chambre supérieure 4 à une chambre inférieure 5 qui est pourvue à sa partie haute d'une sortie 6 de vapeur d'évaporation reliée par exemple à un condenseur (non représenté). La chambre 4 est divisée par des cloisonnements 7, 8, 9 en quatre compartiments indépendants 4a, 4b, 4c, 4d. La chambre 5 est elle également divisée en quatre compartiments Sa, 5b, So, 5d par des cloisonnements 10, 11, 12 situés respectivement dans le même plan que les cloisonnements 7, 8, 9, de sorte que le faisceau tubulaire 3 se trouve lui-même divisé en quatre groupes de tubes 3a, 3b, 3c, 3d, le nombre de tubes composant chacun de ces groupes pouvant éventuellement différer d'un groupe à l'autre selon les nécessités du traitement.Comme on le voit clairement sur la figure 1, le bord supérieur des cloisonnements 10, 11, 12 est situé à une certaine distance de la base du corps de chauffe afin que l'ensemble de la vapeur d'évaporation produite dans les compartiments Sa, 5b, 5c, 5d puisse être évacuée par la sortie 6. Chacun des compartiments Sa, 5b, 5c, 5d est pourvu à sa base d'un conduit d'extraction 13a, 13b, 13c, 13d aboutissant à l'aspiration d'une pompe de reprise 14a, 14b, 14c, 14d dont le refoulement est relié à une petite chambre (non représentée) dans laquelle débouche l'extrémité inférieure d'une partie des tubes 3a, 3b, 3c, 3d, par un conduit 15a, 15b, 15c, 15d. L'évaporateur qui vient d'être décrit comprend ainsi dans une enceinte unique 1, 4, 5, quatre sections d'évaporation comportant chacune au moins une surface d'échange thermique 3a, 3b, 3c, 3d, un circuit de vapeur de chauffage 1, 2 commun à toutes les sections et dont fait partie la face externe des tubes 3a, 3b, 3c, 3d, un circuit de produit liquide 13a, 14a, 15a, 3a, J;a, Sa ; 13b, 14b, 15b, 3b, 'lob, Sb ; 13c, 14c, 15c, 3c, 4c, So 13d, 14d, 15d, 3d, 4d, Sd et un circuit de vapeur d'évaporation 5,6. Par ailleurs, le conduit 13d porte une dérivation 16 débouchant dans le conduit 13c ; ce dernier porte, en amont du point où débouche la dérivation 16, une dérivation 17 débouchant dans le conduit 13b ; et ce dernier porte, en amont du point où débouche la dérivation 17, une dérivation 18 débouchant dans le conduit 13~. Conformément à une première caractéristique de l'invention, les dérivations 16, 17, 18 sont pourvues chacune d'une vanne 19, 20, 21. Conformément à une deuxième caractéristique de l'invention, le conduit 13a porte en amont du point où débouche la dérivation 18, une dérivation 22 pourvue d'une vanne 23 et aboutissant dans le conduit 13d en aval de la dérivation 16. Selon une troisième caractéristique de l'invention, les conduits 13d, 13c, 13b, 13a portent chacun d'une part, une amenée 24, 25, 26, 27 de produit liquide à concentrer pourvue d'une vanne 28, 29, 30, 31 et prévue en aval de la dérivation 16, 17, 18, 22 et d'autre part, un conduit d'extraction 32, 33, 34, 35 de produit liquide à la concentration finale désirée pourvu d'une vanne 36, 37, 38, 39 et prévu en amont de la dérivation 22, 16, 17, 18.L'évaporateur ainsi défini est complété par une tubulure 40 reliée à une source de produit liquide à concentrer et sur laquelle sont raccordées les amenées 24, 25, 26, 27, et par une tubulure 41 à laquelle sont raccordés les conduits d'extraction 32, 33, 34, 35. il est à noter également que le diamètre des tubes du faisceau 3, des conduits et des dérivations, ainsi que les pompes de reprise sont choisis de manière à ce que l'évaporateur soit du type à circulation forcée. Pour expliquer le fonctionnement de cet évaporateur, nous partirons de l'hypothèse que seules les vannes 28, 19, 20, 21 et 39 sont ouvertes. Dans ces conditions, #le produit liquide à concentrer est amené dans le conduit 13d ; de là, il est acheminé via la pompe 14d et le conduit 15d dans une partie des tubes 3d où il se réchauffe en absorbant les calories de la vapeur de chauffage amenée dans le corps 1 par l'arrivée 2. Le produit parvient ensuite dans le compartiment 4d avant de parcourir les tubes 3d restants où il continue à se réchauffer. il arrive alors dans le compartiment 5d où il subit une détente et, partant, une première concentration. Tout ou partie du liquide ainsi partiellement concentré est ensuite amené dans le conduit 13c via la dérivation 16.Le processus de réchauffage et de concentration du produit est alors répété d'abord dans les tubes 3c et le compartiment Se, puis dans les tubes 3b et le compartiment 5b et enfin dans les tubes 3a et le compartiment Sa. Le produit ayant atteint sa concentration finale est alors extrait du compartiment Sa, via les conduits 13a, 35 et 41. Au bout d'un certain temps de marche de l'évaporateur dans les conditions de fonctionnement ci-dessus, les parois internes des tubes 3 se couvrent, dans le cas où le liquide traité est incrustant, d'un dépôt dont l'importance augmente généralement des tubes 3d aux tubes 3a où la concentration du produit liquide est la plus élevée. On procède alors à une modification de l'ordre de passage du produit liquide à travers les tubes, par exemple en amenant le produit liquide à concentrer d'abord dans les tubes où jusqu'alors était traité le produit le plus concentré, c1 est-à-dire dans les tubes 3a, et en s'arrangeant pour que le produit liquide ayant la concentration finale désirée soit extrait du compartiment Sd. Pour ce faire, il suffit de fermer les vannes 28, 21 et 39 et d'ouvrir les vannes 31, 23 et 38. Au bout d'un certain temps de marche de l'évaporateur dans ces nouvelles conditions de fonctionnement, on peut modifier une nouvelle fois le sens de circulation du produit liquide dans l'évaporateur puis continuer à modifier le sens de circulation du liquide à des intervalles de temps choisis, de préférence de manière à réaliser une permutation circulaire. il est important de noter ici que dans 1'évaporateur qui vient d'être décrit, il est possible d'utiliser la thermocompression ou la recompression mécanique de vapeur, car l'écart de température (#t) entre la vapeur de chauffage et la vapeur produite par l'évaporation reste sensiblement constant du fait de l'absence d'encrassement des surfaces d'échange thermique (tubes 3). Par ailleurs, il est possible dans l'évaporateur qui vient d'être décrit, de supprimer les dérivations 16, 17, 18 et de prévoir en remplacement une surverse sur chacun des cloisonnements 10, 11, 12, cette surverse étant pourvue de moyens d'ouverture et de fermeture jouant le même rôle que la vanne 19, 20, 21. L'évaporateur objet des figures 2 et 3 est de conception identique à celle de l'évaporateur objet de la figure 1, si ce n'est que les quatre sections d'évaporation ont été disposées différemment dans l'enceinte 1,4,5, à savoir disposées régulièrement autour de l'axe longitudinal de l'évaporateur et que de ce fait un cloisonnement supplémentaire est prévu dans chaque chambre 4, 5 ; que les cloisonnements prévus dans la chambre 5 s'étendent jusqu'à la base du corps de chauffe 1 pour définir ainsi quatre compartiments 5a-d indépendants les uns des autres ; et que la sortie 6 de vapeur a été supprimée.Par ailleurs, chaque compartiment Sa, Sb, 5c, Sd est pourvu d'une tubulure 42a, 42b, 42c, J;2d aboutissant à un séparateur vapeur-liquide 43a, 43b, J;3c, 43d pourvu à sa partie haute d'une tubulure J;J;a, 44b, J;4c, 44d portant une vanne 45a, 45b, 45c, J;Sd, la tubulure 44a étant reliée à la tubulure 44b, la tubulure 44d étant reliée à la tubulure 44c et les tubulures 44b et 44c aboutissant toutes deux à l'aspiration d'un compresseur de vapeur 46 (compresseur mécanique de vapeur dans l'exemple choisi) dont le refoulement communique avec le corps de chauffe 1 par un conduit 47.Dans un but de simplification des figures 2 et 3, on n'y a pas représenté les différents circuits pour le produit, ni les pompes de reprise. Les moyens 42a-d, 43a-d, 44a-d, J;5a#, 46 et 47 qui viennent d'être décrits offrent la possibilité d'isoler une ou plusieurs des sections d'évaporation Supposons en effet que par suite d'un encrassage particulièrement important des tubes 3a, il soit nécessaire de procéder à leur nettoyage au moyen d'un liquide de nettoyage externe terne au système. Partant par exemple de la situation où le produit liquide à concentrer parcourt successivement les tubes 3d, 3c, 3b et 3a (vannes 28, 19, 20, 21, 39 ouvertes), on va alors procéder de la manière suivante : on arrête l'alimentation en produit liquide des tubes 3a en fermant la vanne 21, on ferme la vanne 45a, on ouvre la vanne 38.Dans ces conditions, les opérations d'évaporation s'arrêtent dans le compartiment sa mais se pcursuivent dans les canparc timents 5d, 5c et 5b et le produit liquide est extrait des canpartiments Sa et Sb. Une fois le compartiment Sa totalement vidé de son contenu, on ferme la vanne 39 et on introduit dans ce compartiment par un moyen quelconque (non représenté) un liquide de nettoyage que l'on fait ensuite circuler dans les tubes 3a au moyen du conduit 13a, de la pompe 14a et du conduit 1Sa. il est ainsi possible de nettoyer l'une des sections d'évaporation sans affecter les opérations de concentration dans les autres sections d'évaporation. Une fois le nettoyage des tubes 3a terminé, on évacue le liquide de nettoyage et on revient aux conditions de fonctionnement initiales en ouvrant les vannes 21, 45a et 39 et en fermant la vanne 38. On pourrait d'ailleurs obtenir le même résultat en supprimant les séparateurs extérieurs 43a, 43b, 43c et 43d. Dans Ce cas, la fonction de séparation serait assurée par les compartiments Sa, 5b, Se et 5d de la partie basse du faisceau. L'invention vient d'être illustrée dans le cas où l'évaporateur est du type à circulation forcée ; il est bien certain toutefois que l'invention reste parfaitement applicable dans le cas où l'évaporateur est basé sur un autre principe, par exemple sur le principe du flot tombant. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaporation d'un produit liquide, notamment d'un produit liquide incrustant, dans un évaporateur monocorps comprenant plusieurs sections d'évaporation alimentées par une même vapeur de chauffage, qui consiste à faire passer le produit liquide à évaporer dans une première section d'évaporation puis à amener le produit liquide ayant subi une évaporation partielle dans cette première section, dans une deuxième section d'évaporation et ainsi de suite jusqu'à la dernière section d'évaporation, caractérisé en ce qu'à des intervalles de temps choisis, on modifie l'ordre de passage du produit liquide à travers les différentes sections d'évaporation 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on modifie l'ordre de passage du produit liquide à travers les sections d'évaporation, par permutation circulaire des sections d'évaporation. 3. Evaporateur monocorps pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, qui comprend une enceinte unique (1, 4, 5) contenant plusieurs sections d'évaporation comportant chacune (a) au moins une surface d'échange thermique (3), (b) un circuit de vapeur de chauffage (1, 2) commun à toutes les sections d'évaporation et dont fait partie l'une des faces de ladite surface d'échange thermique, (c) au moins une partie d'un circuit de produit liquide (13a, î4a, isba, 3a, 4a, 5a) comprenant l'autre face de la surface d'échange thermique et (d) au moins une partie d'un circuit de vapeur produite par l'évaporation du produit liquide, dit circuit de vapeur d'évaporation (5, 6), les circuits de produit liquide ainsi définis étant reliés en série, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de liaison (22) définissant un circuit fermé avec lesdits circuits de produit liquide reliés en série, en ce que chaque circuit de produit liquide comprend un moyen d'amenée du produit liquide à concentrer (27, 26, 25, 24) et un moyen d'extraction (35, 34, 33, 32) du produit liquide à la concentration finale désirée et en ce qu'un moyen de sectionnement (21, 20, 19, 23, 39, 38, 37, 36) est prévu entre les différents circuits de produit liquide, sur ledit moyen de liaison et sur chaque moyen d'extraction 4.Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'amenée du produit liquide à concentrer associés respectivement aux différents circuits de produit liquide, sont reliés à une source unique (40) de produit liquide à concentrer, un moyen de sectionnement (31, 30, 29, 28) étant prévu surchacun desdits moyens d'amenée. 5. Evaporateur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les circuits de vapeur d'évaporation communiquent entre eux. 6. Evaporateur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les circuits de vapeur d'évaporation sont indépendants les uns des autres. 7. Evaporateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque circuit de vapeur d'évaporation est pourvu d'un moyen de sectionnement ('ira, J;Sb, 45e, 45d). 8. Evaporateur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de sectionnement sont constitués par des vannes. 9. Evaporateur selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le moyen de sectionnement prévu entre les différents circuits de produit liquide est constitué par une surverse à ouverture et fermeture contrôlées.