Brevet FR2612798A1 — publié le 19880930

La presente invention concerne un perfection- nement apporté aux procédés d'évaporation mettant en oeuvre des évaporateurs du type tubulaire présentant un faisceau de tubes verticaux. Les procédés d'évaporation mettant en oeuvre des évaporateurs tubulaires se caractérisent essentiel- lement par le fait que l'on admet le liquide à évaporer dans un faisceau de tubes verticaux baignant dans un fluide chauffant, si bien que ce fluide chauffant cède sa chaleur au fluide à évaporer à travers les parois desdits tubes, de façon que le liquide à évaporer se ré- chauffe jusqu'à bouillir à l'intérieur de ces tubes. L'ébullition du liquide au sein de chaque tube du faisceau de tubes conduit à la formation de bulles de vapeur dudit liquide qui s'échappent à la partie supé- rieure de chacun des tubes. Ce type d'évaporateurs est généralement dénom- mé dans la technique d'évaporation: "évaporateurs à grimpage" Au cours du fonctionnement, puisqu'il y a plus de vapeur à la partie supérieure du tube qu'à sa partie inférieure, on constate: - que dans chaque tube les bulles de vapeur du liquide à évaporer occupent une grande partie du volume de chaque tube, le fluide en ébullition étant au contact de la paroi chauffante. Ce fluide se présente en couches de plus en plus minces au fur et à mesure de la montée du liquide; - que, par ailleurs, la vitesse ascensionnelle des bulles est de plus en plus rapide au fur et à mesure de cette ascension. Il s'ensuit que plus la couche de liquide est mince et plus la vitesse est rapide, meilleur est le coefficient d'échange thermique entre le fluide dans lequel est immergé le faisceau de tubes et chaque tube. La présente invention se propose par consé- quent de favoriser ces deux phénomènes et elle vise un procédé mettant en oeuvre un évaporateur à tubes verti- caux, fondé sur le fonctionnement décrit ci-dessus. essentiellement caractérisé par le fait que l'on injecte un courant gazeux dans le liquide à évaporer, avant l'ascension de ce dernier dans chaque tube. De façon avantageuse, le courant gazeux injecter dans le liquide à évaporer est de l'air, ou un autre gaz, de l'air en mélange avec un autre gaz et/ov t5 de la vapeur d'eau, ou bien encore un courant de vapeur d'eau. En procédant de la sorte, on réalise une émul- sion entre le liquide à évaporer et ledit courant gazeux permettant ainsi d'engendrer plus rapidement et prati- quement dès la base de chaque tube vertical, des bulles plus grosses (bulles de gaz, bulles de gaz et de vapeur ou bulles de vapeur). En mettant en oeuvre le procédé tel qu'il vient d'étre défini, on constate que l'on est à même d'améliorer le coefficient d'échange thermique. Dans les cas étudiés, le facteur de multiplication est générale- ment supérieure à 2 et peut méme dépasser 4. Il s'ensuit que l'on peut améliorer très for- tement le rendement d'une station d'évaporation, ce qui amène des économies d'énergie importantes, tout en amé- liorant la qualité du produit issu de l'évaporation. Une des applications fort intéressantes du procédé de l'invention concerne l'industrie du sucre, en particulier au stade de l'évaporation des sirops de sucre. 26 1 2798 D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de l'exemple donné ci-après d'application du procédé de l'invention dans le domaine de la sucrerie, avec référence au schéma annexé illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé perfectionné selon l'invention. Exemple En sucrerie, pour amener le jus sucré à une concentration convenable nécessitée par le procédé su- a crier, on utilise un système appelé "multiple effet". Ce système est constitué de plusieurs évaporateurs en série dans lesquels le jus sucré de plus en plus concentré passe d'un évaporateur à l'autre en cédant dans chacun une partie de son eau sous forme de vapeur. Le premier évaporateur étant alimenté par une source extérieure de vapeur, on se sert de la vapeur qu'il engendre pour chauffer le deuxième évaporateur. De meme, la vapeur du deuxième évaporateur sert à chauffer le troisième et ainsi de suite. Comme chaque évaporateur est alimenté par une vapeur de moins en moins chaude, on applique à chacun des pressions de plus en plus faibles pour atteindre les conditions d'ébullition du jus. L'installation d'évaporation choisie pour illustrer l'invention est équipée d'un multiple effet de six évaporateurs. Les cinquième et sixième effets cor- respondent à des évaporateurs à double circulation, c'est-à-dire que ces évaporateurs ont une cloison interne qui les sépare en deux compartiments que le jus parcourt successivement. Ces deux évaporateurs de cinquième et sixième effets ont été équipés d'un système permettant l'intro- duction d'un mélange d'air comprimé ou de vapeur ou d'un mélange des deux (voir figure annexée). L'introduction peut être faite dans le premier ou le deuxième compartiment, ou dans les deux. Sur cette figure: - V désigne l'entrée de la vapeur chauffant les tuyaux de l'échangeur; - E désigne cet échangeur; - C et C désignent respectivement les pre- 1 2 mier et second compartiments; - P désigne la cloison de séparation entre ces deux compartiments; - A1 et A2 désignent respectivement les en- trées du jus dans les compartiments Ci-C2; t - S et S désignent respectivement les trop- 1 2 plein de sortie du jus concentré de C-C2; - U désigne la sortie de la vapeur produite dans C1-C2; et - D désigne l'introduction de V'air et/ou de la vapeur. Dans le cas particulier o l'introduction a été faite dans les seconds compartiments de chacun des évaporateurs considérés, les résultats qui ont été obte- nus sont résumés dans le tableau suivant, en comparaison avec ceux que l'on avait avant modification: Entrée du Pression de vapeur 1er effet 5ème effet 6éme effet (Pa) (Pa) (Pa) -------------- ---- --- - __-------------- Avant modification 333 426,1 103 950,49 73 549,87 Après modification '284 392,85 103 950,49 83 356,52 On constate pour une même pression obtenue au 5ème effet: 1) une diminution importante de la pression de vapeur en tête du 1er effet de 49 033,25 Pa 21 une augmentation de la pression dans la ca- landre du. 6éme effet de 9 806,65 Pa. Ceci se traduit par une amélioration des per- formances de l'installation: 26 1 2798 - en amenant des économies d'énergie importan- tes; - en permettant une amélioration du produit sortant de l'atelier. On sait que le sirop de betterave est un produit thermosensible et que le produit obtenu sera d'autant meilleur qu'il aura été chauffé à moins haute température. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification, notamment au niveau des équivalences techniques. pourra y etre apportée sans sortir de son cadre. î REVENDICATIONS 1. Perfectionnement apporte au procédé d'éva- poration mettant en oeuvre des évaporateurs du type tubulaire présentant un faisceau de tubes verticaux baignant dans un fluide chauffant et dans lesquels on fait circuler le liquide à évaporer. essentiellement caractérisé en ce que l'on injecte un courant gazeux dans ledit liquide a évaporer, avant l'ascension de ce dernier dans chaque tube. 2. Perfectionnement selon la revendication 1. caractérisé en ce que le courant gazeux à injecter dans le liquide à évaporer est de l'air, ou un autre gaz, de l'air en mélange avec un autre gaz et/ou de la vapeur d'eau, ou bien encore un courant de vapeur d eau. 3. Application du perfectionnement selon l'une des revendications 1 ou 2 à l'industrie du sucre, en particulier au stade de l'évaporation du sirop de sucre. 4. Installation d'évaporation mettant en oeuvre le perfectionnement selon l'une des revendica- tions 1 ou 2 et comportant un systéme à multiple effet Ci.;lstitue des plusieurs evaporateurs en série dans les- quels le liquide à évaporer de plus en plus concentré passe d'un évaporateur à l'autre en cédant dans chacun une partie dudit liquide sous forme de- sa vapeur.