Brevet FR2622467A1 — publié le 19890505

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ELIMINER, DE L'EAU, LES GAZ DISSOUS ET CERTAINES IMPURETES VOLATILES NUISIBLES LORS DE L'EVAPORATION OU DE LA DISTILLATION DE L'EAU, ET APPAREIL DE DISTILLATION COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour éliminer, de l'eau, les gaz dissous et certaines impuretés volatiles nuisibles lors de l'évaporation ou de la distillation de l'eau,et un appareil de distillation comprenant un tel dispositif. Plus particulièrement, l'invention concerne l'élimination, de l'eau, lorsque l'eau est évaporée ou distillée, des substances volatiles, telles que des hydrocarbures, des hydrocarbures halogénés, des alcanes, des alcènes, des méthanes, des chlorophénols et des dérivés du benzène. Par exemple, la présence d'hydrocarbures halogénés dans l'environnement et chez l'homme a récemment suscité un intérêt croissant. Le mode le plus courant de purification de l'eau est la chloration, qui provoque la formation et la persistance dans l'eau d'hydrocarbures halogénés dérivant du chlore. Dans l'environnement, des hydrocarbures halogénés sont présents, par exemple dans l'eau de boisson désinfectée par le chlore, et on les a trouvés dans le sérum et l'urine de l'homme. Le tableau 1 présente une liste de certaines impuretés volatiles observées. Parmi les groupes principaux mentionnés, on peut citer, parmi les hydrocarbures volatils, les trihalogénométhanes, et principalement le chloroforme. Les hydrocarbures halogénés sont toxiques, cancérigènes, mutagènes et tératogènes chez l'homme. Ils ont un caractère lipophile et ils s'accumulent donc dans les tissus, même lorsqu'ils sont présents à des concentrations minimes dans l'environnement. La demanderesse a établi que ce problème est important; par exemple dans le cas des patients auxquels ont a prescrit un traitement prolongé par administration de liquides, ces accumulations de substances toxiques peuvent être fatales. Tableau 1 - Exemples d'impuretés volatiles Hydrocarbures volatils Alcanes et alcènes Alcanes en C8 n-décane n-nonane Alcènes en C9 Alcanes et alcènes halogénés Tétrachlorure de carbone 1,2-dichloroéthane 1,1dichloroéthane Tétrachloroéthylène Trichloroéthylène Trihalogénométhanes Chloroforme Dichlorobromométhane Dibromochlorométhane Bromoforme Chlorophénols 2,4,6-trichlorophénol Dérivés du benzène Chlorobenzène Ethylbenzène C5-benzène C4-benzène n-propylbenzène Méthyléthylbenzène Toluène m-xylène p-xylène o-xylène Styrène Les composés en question sont de bas poids moléculaire et difficiles à évaporer lorsqu'ils sont dissous. L'expérience a établi qu'on ne peut pas les éliminer totalement de l'eau selon des modes opératoires classiques, tels que la filtration à travers du charbon actif ou même l'osmose inverse; parmi les hydrocarbures volatils, c'est particulièrement le cas du chloroforme (CHCl3) qui est le plus courant d'entre eux. Il est également impossible de les-éliminer selon une opération classique de distillation car ils sont entraînés par la vapeur dans le distillat. Selon le brevet DE-859879, on élimine l'excès de chlore par passage d'air et de vibrations ultrasonores dans l'eau à purifier afin que le chlore s'élimine avec les bulles d'air. - Il est bien connu que les substances toxiques mentionnées ci-dessus peuvent être éliminées de l'eau par utilisation d'air, ce qui réduit également la concentration des hydrocarbures halogénés. Les inconvénients de ce procédé sont qu'il nécessite d'alimenter l'appareil d'un additif inutile à l'opération de distillation, c'est-àdire de l'air comprimé, que la quantité d'air nécessaire à cette purification est importante et que le critère de pureté nécessaire est difficile à atteindre. Le but de l'invention est d'éliminer les impuretés de l'eau d'alimentation d'un appareil de distillation utilisé pour la préparation des liquides médicaux de perfusion, d'injection et de dialyse évitant les difficultés précitées. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que l'eau d'alimentation de l'appareil de distillation ou l'évaporateur est chauffée à une température suffisamment élevée, une partie de l'eau d'alimentation est transformée en vapeur et conduite à un dispositif de purification, l'eau d'alimentation est introduite dans le dispositif de purification sous forme d'une pellicule mince et les substances gazeuses présentes dans l'eau d'alimentation sont séparées avec un séparateur disposé dans le dispositif de purification et sont entraînées à travers un raccord dont le dispositif de purification est muni. - Dans le procédé de l'invention, on chauffe l'eau d'alimentation de l'appareil de distillation à une température suffisamment élevée et on en laisse une petite partie se transformer en ce que l'on appelle une vapeurporteuse, et l'eau d'alimentation est introduite dans le dispositif de purification sous forme d'un jet annulaire mince dans un espace o règne une pression réduite, si bien qu'une partie de l'eau s'évapore et la vapeur disperse le jet en de nombreuses gouttelettes. Ce jet frappe les parois du dispositif de purification, ce qui contribue à transformer les impuretés volatiles en une forme gazeuse. Tandis que l'eau continue à descendre en ruisselant le long des parois, ces petits éléments gazeux s'unissent à la vapeur libérée à partir de l'eau et cette vapeur porteuse, avec les impuretés gazeuses qui lui sont mélangées, est évacuée à travers un raccord dont le dispositif de purification est muni. L'invention est caractérisée en ce que le dispositif de purification est raccordé à un appareil de distillation ou un générateur de vapeur d'eau, l'eau d'alimentation à purifier étant introduite dans ce dispositif de purification et ce dispositif de purification comprenant un élément dispersif pour diffuser l'alimentation dans le dispositif de purification, un séparateur pour séparer la vapeur et les impuretés gazeuses et une canalisation de sortie pour conduire le gaz hors du dispositif de purification. L'invention est caractérisée en ce que la séparation de ces gaz est effectuée à une température élevée et à l'aide d'une vapeur porteuse. Le dispositif de purification peut être raccordé à l'appareil de distillation de telle sorte qu'une ou plusieurs unités soient raccordées en série. Un échangeur de chaleur peut être disposé avant le dispositif de purification pour surchauffer l'eau afin qu'elle s'évapore partiellement lorsque la pression baisse. Le dispositif de purification sépare également d'autres gaz dissous dans l'eau qui peuvent ultérieurement être redissous dans le distillat. Cela est très important pour la conception du condenseur dans le dernier stade, car aucun éliminateur de gaz séparé n'est nécessaire dans ce condenseur et les surfaces du condenseur peuvent être plus froides. La pression de vapeur dans le dispositif de purification détermine la température de l'eau. La vapeur porteuse contient l'énergie de condensation qui peut être récupérée si on le désire. Le dispositif de purification peut être raccordé en divers points de l'appareil de distillation, mais un dispositif élevant la pression est alors nécessaire. Après traitement, l'eau d'alimentation poursuit son chemin vers le stade de distillation proprement dit. Le dispositif de purification peut également être disposé en association avec le tube de sortie du distillat immédiatement après l'appareil de distillation, auquel cas un dispositif élevant la pression est également nécessaire. L'invention est décrite de façon plus détaillée ci-après en regard d'un mode de réalisation avantageux illustré par les figures du dessin. La figure 1 est un diagramme schématique d'un appareil de distillation auquel un dispositif selon l'invention a été raccordé. La figure 2 est un dessin schématique montrant l'appareil de l'invention adapté à un générateur de vapeur d'eau. La figure 3 est un dessin schématique du dispositif de l'invention. Comme le montre la figure 1, l'eau d'alimentation (15'C; 8-10 bars) passe à travers le raccord 15 pour pénétrer dans l'échangeur de chaleur 16a o elle est chauffée à environ 95'C. L'eau est alors conduite à travers les colonnes 14, 13 et 12 vers la colonne de distillation 11 à travers les raccords 16, 17, 18 et 19. Ensuite, l'eau est conduite à un dispositif de purification 30 selon l'invention, dont l'emplacement sur la figure 1 est indiqué comme l'un de ceux auxquels le dispositif de purification 30 peut être raccordé dans l'appareil de distillation 10. Il peut également être raccordé en un point équivalent d'un autre stade de distillation ou après la distillation sur le raccord 27. Dans le premier cas, l'eau est conduite après le dispositif de purification 30 à la première distillation par le raccord 21a. Comme le montre la figure 1, l'eau est soumise à une évaporation en quatre stades. La vapeur purifiée produite dans le premier stade passe dans la canalisation 41 pour servir de vapeur d'eau de chauffage du stade suivant. Une partie de la vapeur peut être conduite ailleurs par la canalisation 45. Après le premier stade d'évaporation 11, l'eau est conduite par le raccord 21 au second stade 12, puis à travers le raccord 22 au troisième stade 13 et à travers le raccord 23 au quatrième stade 14. La vapeur d'eau de l'installation est introduite par le raccord 20. La partie non évaporée de l'eau à distiller est conduite par les raccords 21, 22 et 23 aux stades de distillation suivants, comme précédemment décrit. L'eau évaporée dans le stade 12 est conduite sous forme de vapeur d'eau pure par le tube 42 au stade 13 et la vapeur d'eau pure qui est produite est conduite par le tube 43 au stade 14. La vapeur pure produite dans le dernier stade 14 est conduite par le tube 44 au condenseur 16a o elle est transformée en eau distillée. Le courant inférieur est conduit du stade 14 par la canalisation 24 hors de l'appareil de distillation 10; le condensat de la vapeur de chauffage est éliminé par le raccord 26 à travers l'échangeur de chaleur 16a et évacué par le raccord 27. La température du distillat effluent est d'environ 95-97'C. L'eau de refroidissement de l'échangeur de chaleur 16a (ayant une température par exemple de 15'C) entre par le raccord 28 et sort par le raccord 29, sa température ayant été élevée par exemple à environ 90'C. Comme le montre la figure 2, une colonne d'évaporation 11 est chauffée par la vapeur d'eau de l'installation qui pénètre par la canalisation 20. Une partie de la vapeur d'eau de l'installation est dérivée pour chauffer l'échangeur de chaleur 47a. Le condensat sortant de la colonne est conduit pour chauffer un second échangeur de chaleur 47b. L'eau d'alimentation le traverse par la canalisation 46. L'eau d'alimentation préchauffée est conduite par la canalisation 19 à la colonne 11 et ensuite par la canalisation 31 au dispositif 30. Apres le dispositif de purification 30, l'eau est conduite par la canalisation 21a pour être évaporée. La vapeur pure sort par le tube 45. Le courant inférieur de la canalisation 48 est conduit à l'égout. Comme le montre la figure 3, l'eau à purifier, qui a une température d'environ 160'C ou presque égale à celle de la vapeur d'eau de l'installation qui est d'environ 175'C, est conduite à l'échangeur de chaleur 39 raccordé au raccord 19 avant le dispositif de purification pour être chauffée à environ 162'C. Le dispositif de purification 30 fonctionne comme'suit. Après l'échangeur de chaleur 39, l'eau d'alimentation est conduite par le raccord 31 à la buse 33. L'eau sort de la buse 33 dans un espace à pression réduite, si bien qu'une partie de l'eau s'évapore. L'eau est diffusée dans le dispositif 30 à l'aide d'une plaque dispersive 33. Plusieurs dispositifs de purification 30 peuvent être placés l'un après l'autre. Dans le cas o il y a plusieurs dispositifs de purification montés en série et que la température de l'eau d'alimentation, après le premier dispositif de purification 30, est d'environ 158'C, sa température doit être graduellement réduite dans le dispositif de purification 30 suivant. L'opération de purification peut être effectuée de façon très efficace par raccordement en série de plusieurs dispositifs de purification 30 selon l'invention, car le pouvoir d'élimination d'un dispositif de purification 30 atteint environ 90 %. Cependant, l'échangeur de chaleur 39 n'est pas indispensable au fonctionnement du dispositif. Le dispositif de purification 30 comprend également un séparateur 35, auquel est incorporé un régulateur 36 maintenant un niveau correct de l'eau. La pression qui règne à l'intérieur du dispositif de purification 30 maintient l'équilibre de la vapeur et du gaz. Le régulateur 36 comprend un flotteur et le système fonctionne de telle sorte que lorsque le niveau d'eau s'élève dans la partie inférieure du dispositif de purification 30 jusqu'à une limite donnée, une vanne au-dessus du dispositif de séparation 35 se ferme, et lorsque le niveau d'eau s'abaisse au-dessous d'une limite donnée, la même vanne s'ouvre et le gaz s'échappe à la partie supérieure par le raccord 32, qui équivaut au raccord 21 de la figure 1, pour être conduit au stade de distillation suivant. Tableau 2 Caractéristiques physiques de certaines substances étudiées: Nom systématique d pf pe d et trivial.. Formule PM g/ml 'C 'C Références trichlorométhane CHCl3 119,38 1,446 -63 61,0 Griesinger & Banks 1986 (chloroforme) 1,1,1-trichloroéthane CH3CCl3 133,41 1,338 -50 75,0 Griesinger & Banks 1986 tétrachlorométhane CCl4 153,82 1,594 -23 77,0 Griesinger & Banks 1986 trichloroéthylène ClCH=CC12 131,39 1,464 -87 86,9 Griesinger & Banks 1986 bromodichlorométhane CHBrCl2 163,83 1,980 55 87,0 Griesinger & Banks 1986 bromotrichlorométhane CBrCl3 198,28 2,012 -6 105, 0 Griesinger & Banks 1986 chlorodibromométhane CHBr2Cl 208,29 2,451 -22 119,5 Griesinger & Banks 1986 1,2-dibromoéthane BrCH2CH2Br 187,84 2,180 8 131,5 Griesinger & Banks 1986 tétrachloroéthyl ne C12C=CC12 165,83 1,623 22 121,0 Griesinger & Banks 1986 trichlorométhane CHBr3 252,75 2,894 8,3 150,5 Griesinger & Banks 1986 (bromoforme). benzène 78,12 0,879 5,5 80,1 Griesinger & Banks 1986 r4> O.s DoJ -M.} c'O. À H (augI n10) 5961 D ItloA9'011 56- L98'0 S1'Z6 augzuaqIqlau 9L61 'D'u 'iseuar t Z,'[ Z 088'0L1'901 Hugzuaqq9FP-'1 ú R (aug[x-d) 9861 spuen 1 la6ulsa'laDPi Cú1 198 0 L1'90l HD - - H - augzuaqiKql9wtp-',T 9861 sIue U Jaousao'gD 'ú'6Et 6'L1- V98'0 LL'90L eH uizuaqliqgwTp-ú'1 saoua.3a J. Dux/ 'd anwl. ........ . '6Nd aoI Ad aubP leulxglss WON (ails rlenë3qe.L Ln U n Ln v} n Tableau 3 Résultats des expériences effectuées: Résultats exprimés en pourcentage moyen de réduction pour certains composés modèles du tableau 1 Distillat Distillat Distillat Composés modèles sans avec avec double étudiés préchauffage préchauffage préchauffage Hal.ogénocarbures volatils O Trichlorométhane 97,7 98,4 99,1 Bromodichlorométhane 98,0 99,8 99,7 Chlorodibromométhane 80,0 98,9 98,8 1,1,1-trichloroéthane 51,1 77,4 86,5 Dérivés du benzène Toluène 51,1 41,7 85,8 Total 94,5 96,0 97,1 o) ro -t. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éliminer, de l'eau, les substances volatiles et les gaz dissous lorsqu'on distille ou évapore l'eau, caractérisé en ce que l'on chauffe l'eau d'alimentation de l'appareil de distillation (10) ou de l'évaporateur à une température suffisamment élevée, on laisse une partie de l'eau d'alimentation se transformer en vapeur et on la conduit à un dispositif de purification (30), l'eau d'alimentation est introduite dans le dispositif de purification (30) sous forme d'une pellicule mince et les substances gazeuses présentes dans l'eau d'alimentation sont séparées dans un séparateur (35, 36) disposé dans le dispositif de purification (30) et évacuées par un raccord (38) dont le dispositif de purification (30) est muni. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un chauffage additionnel de l'eau d'alimentation de l'appareil de distillation (10) ou de l'évaporateur est effectué à l'aide d'un échangeur de chaleur (39; 47a, 47b) placé avant le dispositif de purification (30). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un ou plusieurs stades. 4. Dispositif de purification (30) pour éliminer, de l'eau, les substances volatiles lorsqu'on distille ou évapore l'eau, conçu pour la mise en pratique d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de purification (30) est raccordé à un appareil de distillation (10) ou un générateur de vapeur d'eau, l'eau d'alimentation à purifier étant conduite audit dispositif de purification et ledit dispositif de purification (30) comprenant un élément dispersif (33) pour diffuser l'eau d'alimentation dans le dispositif de purification (30), un séparateur (36) pour séparer la vapeur et les impuretés gazeuses et une canalisation de sortie (38) pour conduire le gaz hors du dispositif de purification (30). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément dispersif (33) est une fente dispersive. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que parmi le dispositif de purification (30) et facultativement les échangeurs de chaleur (39; 47a, 47b) le précédant, un ou plusieurs ont été raccordés en série. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de purification est raccordé en un point à l'extrémité d'évacuation de l'eau distillée de l'appareil de distillation (10). 8. Appareil de-distillation comprenant un dispositif de purification (30) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le condenseur du dernier stade (14) dudit appareil de distillation (10) ne comporte pas de raccord séparé d'élimination de gaz. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on l'a appliqué à un générateur de vapeur d'eau pure.