Brevet FR2573992A1 — publié le 19860606

La présente invention a pour objet un évaporateur con titré par des tubes verticaux dont les extrémités sont fix~ à des plaques tubulaires supérieure et inférieure et dans lesquels le liquide à concentrer s'écoule de haut en bas sous forme d'un film, ces tubes étant chauffés par de la vapeur admise dans une chambre délimitée par une virole entourant les tubes et par les plaques tubulaires. Pour avoir un bon rendement thermique et éviter la détérioration du liquide traité, lorsque celui-ci est sensible à la chaleur comme c'est le cas des jus sucrés, il est très important que la répartition du liquide entre tous les tubes et le chauffage des tubes soient aussi uniformes que possible. La présente invention concerne plus précisément les évaporateurs à descendage comprenant un distributeur de liquide constitué par des bouts de tube emmanchés dans une plaque tubulaire auxiliaire disposée au-dessus de la plaque tubulaire supérieure, à l'écart de celle-ci, les dits bouts de tube s'étendant vers le haut, au-dessus du niveau atteint par le liquide amené sur la plaque tubulaire auxiliaire, et comportant dans leur partie supérieure des échancrures dont le fond est situé au-dessous de ce niveau, de telle sorte que le liquide pénètre à travers ces échancrures dans les bouts de tube puis s'écoule le long de la surface intérieure de ces derniers et tombe sur la plaque tubulaire supérieure et de là dans les tubes d'évaporation. Le but de la présente invention est d'optimiser les échanges thermiques en améliorant les répartitions de la vapeur et du liquide entre les tubes. L'évaporateur objet de l'invention est caractérisé en ce que les tubes sont disposés de façon à créer dans la chambre de vapeur au moins un chemin facilitant la répartition de la vapeur de chauffage entre les tubes, et les bouts de tube du distributeur de liquide sont disposés de façon analogue pour former sur la plaque tubulaire auxiliaire au moins un chemin correspondant au dit chemin de vapeur et facilitant la répartition du liquide entre les bouts de tube Les chemins de vapeur et de liquide peuvent être radiaux, leur largeur diminuant depuis la périphérie de l'évaporateur, où se trouvent les entrées de vapeur et de liquide, jusqu'à l'axe du faisceau de tubes. plusieurs chemins radiaux, régulièrement répartis autour de l'axe du faisceau de tubes, peuvent être prévus. Le liquide peut être admis non seulement dans les chemins radiaux, mais aussi sur toute la périphérie de la plaque tubulaire auxiliaire au moyen d'une chambre d'ali- mentation annulaire entourant celle-ci, cette chambre étant divisée en deux par un déversoir circulaire, la partie extérieure étant alimentée en liquide en un ou plusieurs points régulièrement répartis sur sa périphérie et la partie intérieure communiquant avec l'espace au-dessus de la plaque tubulaire auxiliaire par des ouvertures prévues au niveau de la face supérieure de cette dernière. De préférence, les chemins de liquide sont bordés par des toles également percées d'ouvertures au niveau de la face supérieure de la plaque tubulaire auxiliaire. Pour diminuer l'encombrement, les tuyaux amenant le liquide à la partie extérieure de la chambre d'alimentation peuvent pénétrer par le haut dans les chemins de liquide et se raccorder, à travers la virole constituant la paroi intérieure de ladite chambre à des orifices prévus dans le déversoir. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la chambre de vapeur est divisée en deux campartiments ou plus par une ou plusieurs plaques tubulaires intermédiaires, chaque compartiment comprenant une ou plusieurs entrées de vapeur, une ou plusieurs sorties de condensat et une ou plusieurs sorties de gaz incondensables. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention les bouts de tube du distributeur ont le même diamètre que les tubes du faisceau et leur nombre et leur disposition sont identiques à ceux des tubes ; grâce à cela la plaque tubulaire auxiliaire peut être percée en même temps que les autres plaques tubulaires, ce qui permet de diminuer les coûts de fabrication. D'autres caractéristiques apparaitront a la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure I est une vue en coupe par un plan vertical d'un évaporateur conforme à l'invention Les figures 2 et 3 sont des coupes suivant 2-2 et 3-3 respectivement, de l'évaporateur de la figure 1, 1 'é- chelle utilisée étant différente de celle de la figure 1 ; et Les figures 4 et 5 montrent, à plus grande échelle, des détails de construction de l'évaporateur. L'évaporateur représenté sur les dessins est constitué par un faisceau de tubes 10 dont les extrémités sont fixées par dudgeonnage dans des plaques supérieure et inférieure 12 et 14 ; un seul tube a été représenté sur la figure 1 pour la rendre plus claire. Les tubes sont entourés par une virole 16 qui est fixée de manière étanche aux plaques tubulaires et qui délimite avec ces dernières une chambre de vapeur divisée en deux compartiments 18 et 20 par une plaque tubulaire intermédiaire 22. Chaque compartiment est muni de plusieurs entrées de vapeur 24 et de plusieurs sorties 26 et 28 pour l'évacua- tion des condensats et des gaz incondensables. Le nombre d'entrées de vapeur, qui est de trois dans l'exemple représenté, dépend du diamètre de l'évaporateur et du débit de vapeur. Comme on le voit sur la figure 2, des espaces vides de tubes ont été ménagés dans le faisceau en face des entrées de vapeur pour former des chemins 30 qui fac tent la pénétration de la vapeur au centre du faisceau. La largeur de ces chemins décroit de la périphérie au centre du faisceau de façon à assurer une répartition aussi ux forme que possible de la vapeur entre tous les tubes. Une tole déflectrice perforée 32 est placée devant chaque entrée de vapeur pour répartir la vapeur sur toute la longueur des tubes et pour assurer la protection de ces derniers en réduisant la vitesse de la vapeur. Un répartiteur de liquide est prévu a- la partie supérieure de l'évaporateur, au-dessus de la plaque tubulaire 12. Il est constitué par une série de bouts de tubes 34 fixés sur une plaque tubulaire 36 disposée audessus de la plaque tubulaire 12, à l'écart de celle-ci. Les bouts de tubes ont le même diamètre que les tubes du faisceau et leur nombre et leur répartition sont identiques à ceux des tubes de faisceau. L'extrémité inférieure des bouts de tube est espacée de l'extrémité supérieure des tubes 10 du faisceau. Des encoches 38 sont formées dans la partie supérieure des bouts de tubes. Le nombre, la largeur et la hauteur des encoches sont déterminés en fonction du débit de liquide à concentrer de telle sorte que le niveau 39 du liquide accumulé sur la plaque tubulaire 36 soit constamment situé entre le fond des encoches et l'extrémité supérieure des bouts de tubes. A chaque tube 10 correspond un bout de tube 34 placé au-dessus, chaque tube étant ainsi alimenté individuellement. La hauteur des bouts de tube 34 au-dessus de la plaque tubulaire 36 doit être suffisante pour assurer une répar tition régulière en limitant les pertes de charge de liquide à concentrer circulant sur la plaque 36 de façon à obtenir une horizontalité parfaite de la surface libre du liquide sur la plaque et une bgnnenneillabilité permettant la formation, à l'intérieur du tube, d'un film liquide sur toute sa périphérie. Des espaces libres 40 sont ménagés sur la plaque tubulaire 36, entre les bouts de tubes 34, et forment des chemins radiaux qui correspondent en nombre, disposition, forme et dimensions aux chemins de vapeur 30. Ces chemins sont bordés de toles 42 qui sont percées a leur base, au niveau de la face supérieure de la plaque tubulaire 364 d'ouvertures 44 pour le passage du liquide a concentrer. virole 16 est également percée, au niveau de la plaque braire 36, d'ouvertures 46 régulièrement réparties sur toute sa périphérie. Une chambre d'alimentation annulaire 48 est placée autour de la virole 16, au-dessus du niveau de la plaque tubulaire 36. Cette chambre est divisée en deux par un déversoir circulaire 50 ; le compartiment extérieur est alimenté en liquide à concentrer par trois tuyaux 52 et le compartiment intérieur communique avec ltespace audessus de la plaque tubulaire 36 par les ouvertures 46 de la virole. Pour diminuer 11 encombrement de l'évaporateur, les tuyaux d'alimentation 52 passent à l'intérieur de l'évaporateur pour se raccorder au déversoir 50 en profitant des espaces 40 laissés libres entre les bouts de tubes 34. Le liquide à concentrer distribué en trois points par les tuyaux 52 dans le compartiment extérieur de la chambre 48 s'écoule par débordement au-dessus du déversoir 50 dans le compartiment intérieur de la chambre puis pénètre dans l'évaporateur par les ouvertures 46 en se répartissant sur toute la périphérie de la plaque tubulaire 36 et le long des chemins 40. Ce mode d'alimentation permet d'éviter les remous et de diminuer la vitesse du liquide à son arrivée sur la plaque tubulaire 36 ; il évite par ailleurs d'avoir un volume de jus stagnant sur la plaque tubulaire et empèche la formation de dépôts. Le liquide est ainsi distribué de manière uniforme sur l'ensemble de la plaque. Il déborde dans les bouts de tube 34, s'écoule sur la surface interne de ceux-ci et tombe ensuite dans les tubes 10. Pour simplifier la construction de l'évaporateur #le liquide à concentrer pourrait être distribué uniquement dans les chemins 40 par les tuyaux 52, éventuellement avec interposition d'un chicanage pour éviter les remous. La chambre d'alimentation 48 serait alors supprimée et il ne serait plus nécessaire de percer les ouvertures 46 dans la virole 16. A sa partie supérieure l'évaporateur est fermé par un couvercle 54. A sa partie inférieure, il comporte un séparateur liquide-vapeur, qui n'a pas été représenté. il est bien entendu que toutes les modifications qui peuvent être apportées au mode de réalisation décrit par la substitution de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Evaporateur constitué par des tubes verticaux dont les extrémités sont fixées à des plaques tubulaires supérieure et inférieure et dans lesquels le --liquide à concentrer s'écoule de haut en bas sous forme d'un film, ces tubes étant chauffés par de la vapeur admise dans une chambre délimitée par une virole entourant les tubes et par lesdites plaques tubulaires, et comprenant un distributeur de liquide formé de bouts de tube emmanchés dans une plaque tubulaire auxiliaire disposée au-dessus de la plaque tubulaire supérieure, à l'écart de celle-ci1 les dits bouts de tube s'étendant vers le haut au-dessus du niveau atteint par le liquide amené sur ladite plaque tubulaire auxiliaire, caractérisé en ce que les tubes (îo) sont disposés de façon a créer dans la chambre de vapeur (18, 20) au moins un chemin (30) facilitant la répartition da la vapeur de chauffage entre les tubes, et les bouts de tubes (34) du distributeur de liquide sont disposés de façon analogue aux tubes pour former sur la plaque tubulaire auxiliaire (36) au moins un chemin (40) facilitant la répartition du liquide entre les bouts de tube. 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits chemins (30, 40) sont radiaux et leur largeur diminue depuis la périphérie de l'évaporateur, ou se trouvent les entrées de vapeur (24) et le liquide (52), jusqu'à l'axe du faisceau de tubes (10). 3. Evaporateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le liquide à concentrer est admis sur toute la périphérie de la plaque tubulaire auxiliaire (36) au moyen d'une chambre d'alimentation annulaire (48) entourant cel- le-ci et divisée en deux compartiments par un déversoir circulaire (50), le compartiment extérieur étant alimenté en liquide en plusieurs points régulièrement répartis sur sa périphérie et le compartiment intérieur communiquant avec l'espace au-dessus de la plaque tubulaire auxiliaire (36) par des ouvertures (46) prévues au niveau de la face supérieure de cette dernière. 4. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ne que les tuyaux (52) amenant le liquide au compartiment extérieur de ladite chambre d'alimentation (48) pénètrent par le haut dans les dits chemins (40) et se raccordent à travers la virole (16) à des orifices prévus dans ledit déversoir (50). 5. Evaporateur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits chemins (40) sont bordés par des toles (42) percées d'ouvertures (44) au niveau de la face supérieure de la plaque tubulaire auxiliaire (36). 6. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits bouts de tube (34) ont le même diamètre que lesdits tubes (10) et leur nombre et leur disposition sontidentiques à ceux desdits tubes. 7. Evaporateur selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de vapeur est divisée en deux compartiments (18, 20) ou plus par une ou plusieurs plaques tubulaires intermédiaires (22) et chaque compartiment comprend une ou plusieurs entrées de vapeur (24), une ou plusieurs sorties (26) pour l'évacuation des condensats et une ou plusieurs sorties (28) pour l'évacuation des gaz incondensables.