Brevet FR2615607A1 — publié le 19881125

La présente invention concerne le chauffage de liquides dans un échangeur de chaleur à film descen- dant et elle a trait plus particulièrement à un dispositif de filtrage pour empêcher des particules solides se trou- vant dans le liquide à chauffer d'obstruer des sorties de distribution de liquide d'un plateau perforé de distribu- tion de liquide ou d'atteindre la surface de chauffage de l'échangeur de chaleur. Des échangeurs de chaleur du type à plaques et à film descendant ont une grande diversité d'applica- tions industrielles. De tels échangeurs de chaleur à film descendant sont décrits et représentés dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos. 3 332 469, 3 307 614 et 3 366 158. Dans de tels échangeurs de chaleur, un liquide à chauffer par échange indirect de chaleur avec de la va- peur est dirigé de manière à s'écouler sous forme d'un film descendant le long des surfaces externes d'éléments chauffants à deux plaques de façon à être chauffé par échange de chaleur avec de la vapeur circulant entre les plaques de ces -éléments. Un agencement courant de distri- bution du liquide de telle sorte que celui-ci s'écoule uniformément vers le bas le long des surfaces des plaques comprend un plateau perforé disposé horizontalement et placé au-dessus des parties supérieures des éléments d'échange de chaleur à plaques. Des trous ménagés dans le plateau sont situés au-dessus des bords supérieurs des éléments à plaques. Les trous d'un tel plateau perforé peuvent être bouchés ou obstrués lorsque le liquide à chauffer entraîne de grosses particules solides en suspension. Par exemple, lorsqu'un échangeur de chaleur à plaques du type à film descendant est utilisé comme un dispositif de chauffage externe pour un digesteur de charge dans l'industrie de traitement de pulpe de bois, des parti- cules de bois entraînées dans la liqueur peuvent obstruer les trous du plateau de distribution de liquide de l'échangeur de chaleur et gêner ainsi la réparation uni- forme de la liqueur sur les éléments à plaques. La présente invention fournit une solution au problème posé par l'obstruction de trous dans des pla- teaux de distribution de liquide et analogues. Des parti- cules indésirables sont dérivées de manière à contourner le plateau et la surface de chauffage. Conformément à la présente invention, un filtre incliné comportant des ouvertures qui sont plus petites que les perforations d'un plateau de distribution de liquide est installé au-dessus du plateau et en dessous de l'entrée du liquide à chauffer dans l'échangeur de cha- leur. Des particules solides qui obstruraient autrement les trous du plateau de distribution de liquide ne peu- vent pas passer par les ouvertures du filtre et ne peu- vent pas atteindre les trous du plateau. Du fait que la surface du filtre fait un certain angle par rapport à l'horizontale, les particularités par le filtre seront évacuées par lavage le long de la surface extérieure du filtre afin de contourner la surface de chauffe des plaques et d'être évacuées de l'échangeur de chaleur. Bien que le filtre puisse être agencé de diverses de manière, de même que les moyens assurant l'arrivée du liquide sur le filtre, une réalisation présentement préférée de l'invention utilise un filtre conique dans l'ensemble et dont le sommet est centré en dessous du point o le liquide est amené sur le fil- tre. Un filtre ayant la forme d'un cone circulaire droit dont la surface est inclinée d'un angle d'environ 60 de- grés assure une déviation efficace des particules solides. Le filtre pourrait aussi avoir la forme d'une pyramide dont la base correspondrait au périmètre du plateau de distribution de liquide, ou bien il pourrait avoir toute autre forme comportant des côtés inclinés. Il est présentement préféré de réaliser le filtre à partir d'un enroulement de fil métallique, par exemple d'un fil métallique ayant une section droite triangulaire dont les angles sont un peu arrondis au lieu d'être vifs. D'autres buts et avantages de ia présente invention apparaîtront à la lecture de la description et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif, dans lesquelles: la Figure 1 représente un échangeur de cha- leur du type à plaques et à film descendant qui est équipé d'un filtre conforme à l'invention; la Figure 2 est une vue de détail en coupe du filtre représenté sur la Figure 1; et la Figure 3 montre une application de l'échangeur de chaleur dont le filtre coopère avec un digesteur de charge du type utilisé dans l'industrie de traitement de pulpe de bois. Comme indiqué sur la Figure 1, un échangeur de chaleur à film descendant du type à plaques, désigné dans son ensemble par la référence numérique 10, comporte un carter extérieur 11 dans lequel est disposé un ensemble de paires verticales et généralement parallèles d'éléments d'échange de chaleur 12 à plaques. Chaque élément d'échange de chaleur 12 est formé de deux plaques qui sont jointes ensemble sur leurs périphéries, l'élément comportant une entrée de vapeur de chauffage comme indiqué par la flèche 13 et une sortie de condensat, comme indiqué par la flèche 14. Il est prévu une entrée 15 pour introduire un liquide à chauffer dans l'échangeur de chaleur 10 à la partie supérieure du carter 11 et un espace 16 à la base du carter 11 pour collecter le liquide chauffé, celui- ci sortant par l'intermédiaire d'un conduit 17 en étant mis en circulation par la pompe P. Un plateau 18 de distribution de liquide est représenté comme étant placé au-dessus des bords supérieurs des éléments d'échange de chaleur 12 à plaques, le plateau comportant des trous ou des perforations qui sont alignés avec les bords des plaques. Le filtre incliné 19 est placé en dessous de l'entrée de liquide 15 et au- dessus du plateau 18 de distribution de liquide de ma- nière à intercepter.. des particules solides qui ont pénétré avec le liquide à chauffer avant que lesdites particules puissent atteindre le plateau de distribution 18 et éventuellement obturer ses perforations. Les par- ticules interceptées par le filtre 19 descendent le long des côtés inclinés du filtre de manière à être déchargées avec le liquide chauffé sans passer sur les surfaces des éléments. plaques 12. Le plateau 18 et le filtre 19 sont repré- sentés de façon plus détaillée sur la Figure 2. Les di- mensions des éléments représentés sur la Figure 2 ont été exagérées à titre d'illustration des principes de l'invention. Comme le montrent les flèches sur la Figure, le liquide à chauffer pénètre par l'intermédiaire d'un moyen 15, représenté simplement sous la forme d'un tube, bien que le système d'alimentation en liquide puisse avoir toute autre forme, et il parvient sur le filtre 19 qu'il traverse de façon à être distribué dans les éléments d'échange de chaleur 12 par le plateau de dis- tribution de liquide 18. Le plateau 18 comporte un fond 21 horizontal et plan dans l'ensemble ainsi que des parois latérales 22 dirigées vers le haut. Une pluralité de-perforations 23, ménagées dans le fond 21 du plateau, sont agencées de façon à distribuer le liquide à chauffer uniformément sur la largeur des éléments à plaques 12. La dimension relative des perforations 23 a été exagérée à titre d'illustration, de même que la dimension des ou- vertures 24 ménagées au travers du filtre 19, qui est représenté comme étant situé directement au-dessus du plateau 18. Le filtre 19 est suffisamment grand pour que des particules solides qui sont déviées par le filtre 19 tombent sur le côté extérieur des parois latérales 22 du plateau 18. La configuration d'ensemble du filtre 19 peut correspondre à un profil conique ou pyramidal, avec des côtés inclines d'un certain angle par rapport à l'hori- zontale, de préférence d'environ 60 . Le filtre 19 peut être formé, comme indiqué, d'un enroulement de fil métallique, ayant une section droite en forme d'un triangle comportant des sommets ar- rondis. Les ouvertures 24 ménagées au travers du filtre sont plus petites que les perforations 23 du plateau de distribution 21 de telle sorte qu'aucune particule suf- fisamment grande pour boucher une perforation 23 ne puisse passer au travers du filtre 19. Une particule solide de dimension exagérée est représentée comme étant interceptée par le filtre 19 dans la zone située au mi- lieu et à gauche dans l'illustration de la Figure 2. Le filtre 19 empêche efficacement des par- ticules solides qui auraient pénétré dans l'échangeur de chaleur 10 en même temps que le liquide à chauffer d'obstruer les perforations 23 du plateau 18 de distri- bution de liquide. Des particules interceptées contour- nent le plateau 18 et les éléments d'échange de chaleur 12 à plaques, et elles sont déchargées de l'échangeur de chaleur 10. Les particules peuvent être mises en circu- lation en même temps que le liquide chauffé sortant de l'échangeur de chaleur 10 en étant soit mélangées au liquide chauffé, soit le cas échéant séparées de celui-ci. La Figure 3 représente une application de l'invention dans laquelle l'échangeur de chaleur 10 est utilisé comme un dispositif de chauffage externe pour un digesteur du type utilisé dans l'industrie de traitement de pulpe de bois pour effectuer la cuisson de copeaux de bois. De la liqueur de cuisson est évacuée du digesteur, comme indiqué par la référence numérique 25, de manière à parvenir par l'intermédiaire d'une canalisation 26 à l'entrée 15 de l'échangeur de chaleur 10. Apres avoir été chauffée dans l'échangeur de chaleur 10, la liqueur est réintro- duite dans le digesteur 25 à sa partie supérieure par l'intermédiaire d'un tube 27 et elle est également intro- duite à la base du digesteur par l'intermédiaire d'un tube 28. Les spécialistes de l'industrie de traitement de pulpe apprécieront que cela est réalisé pour une meilleure circulation. Le digesteur 25 est représenté comme étant équipé des crépines classiques comme indiqué en 29, ces crépines devant empêcher le passage de grosses particules solides dans le tube 26, mais, puisque cer- taines particules peuvent pénétrer dans ce tube 26, le filtre 19 sert à empêcher l'obstruction du plateau de distribution de liqueur par de telles particules, qui sont ensuite renvoyées au digesteur 25 par l'intermé- diaire des tubes 17, 27 et 28. L'agencement de la Fig. 3 donne simplement une illustration d'une application du dispositif de chauffage conforme à l'invention. De nombreuses autres applications ainsi que des modifications des parties, de la forme et du fonc- tionnement du dispositif de chauffage de liqueur conforme à l'invention apparaîtront d'elles-mêmes aux spécialistes du domaine des échangeurs de chaleur, et de telles appli- cations et modifications sont considérées comme rentrant dans l'esprit et le cadre de l'invention, qui se rapporte à une installation de chauffage de liqueur perfectionnée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à film descendant du type comportant une surface chauffée pour l'échange in- direct de chaleur entre une vapeur et un liquide qui s'écoule sous la forme d'un film descendant sur ladite surface chauffante, et pourvu d'un distributeur de liquide comportant des orifices de distribution du liquide à chauffer sur la surface chauffante, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre incliné (19) disposé entre une entrée de liquide et ledit distributeur de liquide (18) afin d'empêcher de parvenir au distributeur des parti- cules solides qui pourraient obstruer les orifices (23) dudit distributeur de liquide (18). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filtre incliné (19) a dans l'ensemble une forme conique. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filtre (19) est formé d'un enroulement de fil métallique (24) comportant des passages entre des spires adjacentes dudit fil métallique, lesdits passages étant plus étroits que les orifices dudit dis- tributeur de liquide (18). 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filtre (19) est incliné d'un angle d'environ 60 degrés par rapport à l'horizontale. 5. Echangeur de chaleur à film descendant du type à plaques, caractérisé en ce qu'il comprend une plu- ralité d'éléments d'échange de chaleur (12) à plaques verticales et parallèles dans l'ensemble ainsi qu'un pla- teau de distribution de liquide (18) comportant des per- forations (23) disposées au-dessus des parties supérieures desdits éléments d'échange de chaleur à plaques pour as- surer une distribution uniforme de liquide dans ces der- niers, ainsi qu'un filtre incliné (19) servant à empêcher une obstruction desdites perforations (23) en séparant des particules solides du liquide en train d'être fourni audit plateau de distribution (18). 6. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que ledit filtre incliné (19) a une forme conique et comporte un sommet dirigé vers une en- trée de liquide (15). 7. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que ledit filtre (19) est formé d'un enroulement de fil métallique (24) comportant des passa- ges entre des spires adjacentes dudit fil métallique, lesdits passages étant plus étroits que les orifices dudit distributeur de liquide (18). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (17,P) pour décharger des particules solides en même temps que du liquide chauffé à partir de l'échangeur de chaleur (10). 9. Utilisation de l'échangeur de chaleur selon une des revendications 1 à 8, dans une installation de chauffage-de liqueur, notamment pour le traitement de pulpe de bois.