Brevet FR2600904A1 — publié le 19880108

- 2600904 La présente invention a trait aux évaporateurs à flot descendant utilisés, en particulier, pour la concentration par évaporation de liquides sensibles à la chaleur, par exemple des jus sucrés, et dans lesquels le 5 liquide à concentrer s'écoule en couche mince sur la surface intérieure des tubes verticaux d'un faisceau chauffés extérieurement par de la vapeur. Elle concerne plus particulièrement les appareils de ce type équipés d'un dispositif de répartition du liquide constitué par 10 une plaque perforée placée au-dessus de la plaque tubulaire supérieure. Dans les appareils connus, le nombre de trous percés dans la plaque de distribution est au moins égal au nombre de tubes et, pour assurer une répartition uniforme du 15 liquide entre tous les tubes, même aux débits les plus faibles, on est obligé de donner à ces trous des sections très faibles. Par conséquent, lorsque le liquide contient des solides en suspension, les trous s'obstruent rapidement ce qui nécessite des nettoyages fréquents. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient et de réaliser un dispositif de distribution à plaque perforée dont les trous ont une section suffisante pour qu'il n'y ait pas de risque de bouchage. L'évaporateur objet de la présente invention est caractérisé en ce que le nombre de trous de la plaque perforée est inférieur au nombre de tubes du faisceau, en ce que chaque trou de la plaque perforée se trouve à la verticale du tube central d'un groupe de tubes et en ce que l'orifice dudit tube central est recouvert d'un chapeau dont le diamètre est supérieur à celui du tube et 5 dont le bord est situé à l'écart de la plaque tubulaire. Les tubes entourant le tube central de chaque groupe peuvent aussi être coiffés de chapeaux, identiques ou non à ceux coiffant les tubes centraux. En variante, le chapeau coiffant le tube central de chaque groupe peut 10 recouvrir partiellement les orifices des autres tubes du groupe. Les chapeaux peuvent être suspendus à la plaque perforée du dispositif de répartition ou reposer sur la plaque tubulaire supérieure. Selon une forme de 15 réalisation préférée, chaque chapeau est fixé sur l'extrémité supérieure d'une pièce allongée dont l'extrémité inférieure pénètre dans un tube et qui est munie de surfaces d;appui reposant sur la plaque tubulaire. On utilisera, de préférence, des chapeaux bombés comportant un bord légèrement évasé et incliné d'environ par rapport à la verticale. Lorsqu'on utilise un seul chapeau pour chaque groupe de tubes, la dimension du chapeau coiffant le tube central 25 sera telle qu'il recouvre environ le quart de la section des orifices des tubes entourant le tube central. En variante, le bord du chapeau peut être découpé en étoile, les branches de l'étoile recouvrant partiellement les zones de la plaque tubulaire comprises entre les tubes entourant le tube central; dans ce cas, le chapeau recouvrira au plus 20 %. de la section des orifices desdits tubes. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, plusieurs formes de réalisation 10 de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une représentation schématique, en coupe verticale, de la partie supérieure d'un évaporateur à flot descendant équipé d'un dispositif de répartition du liquide conforme à l'invention; La figure 2 est une vue en plan d'une partie de la plaque tubulaire supérieure de l'évaporateur montrant la disposition des chapeaux recouvrant l'orifice des tubes; La figure 3 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe d'un chapeau; La figure 4 est une vue de dessus du chapeau de la figure 3; et Les figures 5 et 6 sont des vues similaires aux figures 3 et 4, respectivement, d'un chapeau de forme différente. L'évaporateur représenté partiellement sur la figure 1 est constitué par un faisceau de tubes verticaux 10 dont les extrémités sont fixées dans des trous de deux plaques - 4 tubulaires supérieure et inférieure, seule la plaque tubulaire supérieure 12 étant représentée sur le dessin. et une enveloppe 14 entourant le faisceau de tubes et fixée de manière étanche sur les bords des plaques 5 tubulaires pour former avec celle-ci une chambre de vapeur. Le faisceau comporte un grand nombre de tubes espacés les uns des autres et disposés de telle sorte qu'ils soient alignés suivant trois directions faisant entre elles des angles de 60 . Comme on peut s'en rendre 10 compte sur la figure 2, on peut considérer que le faisceau est formé par la juxtaposition de plusieurs groupes de sept tubes, chaque groupe comportant un tube 10a central et six tubes lob régulièrement répartis autour de celuici. L'orifice du tube central de chaque groupe est 15 recouvert par un chapeau 16 qui recouvre aussi, mais en partie seulement, l'orifice des six autres tubes du groupe. Comme on le voit sur les figures 3 et 4 ces chapeaux sont circulaires et bombés et leur bord est légèrement évasé et fait un angle t d'environ 100 avec 20 la verticale. Chaque chapeau est fixé sur l'extrémité supérieure d'un profilé à trois ailes 18 dont la partie inférieure est introduite dans le tube 10 respectif et qui comporte des épaulements reposant sur le bord du tube pour maintenir le chapeau à l'écart de la plaque tubulaire. L'enveloppe 14 se prolonge vers le haut, au-dessus de la plaque tubulaire 12, et comporte à son extrémité supérieure une bride sur laquelle est fixé un couvercle - 2600904 20. Dans l'espace délimité par la plaque tubulaire 12, le prolongement de l'enveloppe 14 et le couvercle 20 est placé un bac circulaire, à fond plat et perforé 22 qui constitue le dispositif de répartition du liquide. Ce bac 5 repose sur la plaque tubulaire supérieure par l'intermédiaire de pieds 24 de telle sorte que le fond du bac soit à l'écart des chapeaux 16. Chaque trou 25 percé dans le fond du bac 22 se trouve à la verticale d'un chapeau 16, approximativement dans l'axe du tube central 10 recouvert par le chapeau, le nombre de trous étant égal au nombre de chapeaux. En réduisant le nombre de trous, on peut leur donner un diamètre suffisant pour éviter tout problème de bouchage et d'encrassement tout en maintenant dans le bac une hauteur de liquide minimale, même aux plus 15 faibles débits. Le bac a une hauteur suffisante pour absorber sans déborder le débit maximal envisagé pour l'évaporation. Une ou plusieurs tubulures d'alimentation 26 sont prévues au-dessus du bac 22. A la sortie de chaque 20 tubulure, on a placé un jeu de déflecteurs coniques 28 superposés et percés d'une ouverture centrale, le diamètre des déflecteurs et de l'ouverture centrale diminuant du déflecteur supérieur au déflecteur inférieur, pour répartir le liquide sur toute la surface du bac. - Le bac peut être compartimenté, par exemple par descloisons radiales, et dans ce cas on prévoiera au moins une tubulure d'alimentation par compartiment pour assurer une alimentation du bac en liquide la moins turbulente possible. Pour la même raison, on peut placer au-dessus du bac 22 un autre bac à fond perforé o la vapeur produite par détente se dégage du liquide. Certains équipements supplémentaires peuvent être placés à l'intérieur du bac 22 pour limiter autant que possible les courants de liquide horizontaux provoqués par l'alimentation, ces courants pouvant engendrer une déviation des filets de liquide s'échappant du bac par les 10 trous 25 et ainsi perturber la répartition du liquide. Cet équipement pourra, par exemple, être constitué par une tôle perforée ou un caillebotis 29. Le liquide s'échappant par chaque orifice 25 du bac 22 vient chuter sur les chapeaux 16 coiffant les tubes 10a 15 et par éclatement sur ces chapeaux vient arroser les tubes b entourant les tubes 10a. A la place des chapeaux ronds du type représenté sur les figures 3 et 4 on pourrait utiliser des chapeaux à bord découpé en étoile tels que celui représenté sur les 20 figures 5 et 6. Les branches de l'étoile sont recourbées vers le bas et recouvrent partiellement les zones de la plaque tubulaire 12 comprises entre les tubes lob entourant le tube 10a recouvert par le chapeau 16'. Dans laforme de réalisation représentée le chapeau ne recouvre 25 pas les orifices des tubes iOb, les bords des branches étant tangents aux prolongements virtuels des tubes; en variante, le chapeau pourrait recouvrir une faible fraction, inférieure à 20 %, de la section de ces orifices. Pour faciliter le positionnement des chapeaux 16' au montage et maintenir ceux-ci en position correcte en 5 service, chaque chapeau est muni d'un guide 13 constitué par une pièce en forme de U renversé qui est solidaire du profilé 18' et dont les branches pénètrent dans deux tubes lob voisins. On pourrait aussi recouvrir chaque tube d'un chapeau 10 plat ou bombé, de diamètre plus faible, en conservant la même distribution des trous dans le fond du bac 22, c'està-dire en prévoyant pour chaque groupe de sept tubes un seul trou placé à la verticale du tube central du groupe. Le nombre de tubes et leur disposition dans chaque groupe 15 peuvent évidemment être différents de ceux décrits cidessus, à titre d'exemple. Le bac à fond perforé pourrait être remplacé par une plaque perforée dont le bord serait soudé à I'enveloppe 14. Il est bien entendu que ces modifications et toutes celles qui résultent de la 20 substitution de moyens équivalents à ceux décrits entrent dans le cadre de l'invention. -B REVENDICATIONS 1. Evaporateur à flot descendant comportant un faisceau de tubes verticaux (10) dont les extrémités sont fixées à des plaques tubulaires supérieure (12) et inférieure et un 5 dispositif de répartition du liquide comprenant une plaque perforée (22) placée au-dessus de la plaque tubulaire supérieure, à l'écart de celle-ci, caractérisé en ce que le nombre de trous (25) percés dans la plaque perforée (22) est inférieur au nombre des tubes du faisceau (10), 10 en ce que chaque trou (25) de la plaque perforée se trouve à la verticale du tube central (10a) d'un groupe de tubes (10a + lob) et en ce que l'orifice dudit tube central est recouvert d'un chapeau (16) dont le diamètre est supérieur à celui du tube et dont le bord est situé à l'écart de la 15 plaque tubulaire supérieure (12). 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans chaque groupe de tubes, les tubes (lOb) entourant le tube central (10a) sont également recouverts 20 de chapeaux. 3. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chapeau (16) coiffant le tube central (10a) de chaque groupe recouvre partiellement les orifices des 25 autres tubes (lOb) du groupe. -9 4. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque chapeau (16) recouvre environ le quart de la section des orifices des tubes (lOb) entourant le tube central (10a) du groupe respectif. 5. Evaporateur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les chapeaux (16) sont bombés et comportent un bord légèrement évasé et incliné d'environ par rapport à la verticale. 6. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord des chapeaux (16') est découpé en étoile et les branches de l'étoile recouvrent partiellement les zones de la plaque tubulaire (12) comprises entre les 15 tubes (lOb) entourant le tube central (O10a) de chaque groupe. 7. Evaporateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque chapeau est muni d'un guide (13) qui assure un 20 positionnement correct du chapeau (16') par rapport aux tubes (10). 8. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les chapeaux (16, 16') 25 sont fixés sur l'extrémité supérieure de profilés (18) dont la partie inférieure est introduite dans les tubes (16) respectifs et qui reposent sur I'extrémité supérieure -10 des tubes. 9. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de 5 répartition est constitué par un bac à fond perforé (22) reposant par l'intermédiaire de pieds sur la plaque tubulaire supérieure (12). 10. Evaporateur selon la revendication 9, caractérisé par 10 des moyens (29) placés à l'intérieur du bac (22) pour limiter les courants horizontaux de liquide dans le bac.