Brevet FR2647887A1 — publié le 19901207

L'invention concerne l'amélioration des perfor- mances d'évaporateurs à ruissellement du type à plaques et plus particulièrement un dispositif servant à réaliser le préchauffage de la liqueur d'alimentation avec re- froidissement simultané des gaz d'aération. Des évaporateurs à ruissellement, dans lesquels un liquide descend le long des surfaces des éléments chauf- fants qui sont constitués par un couple de plaques réunies sur leur pourtour, sont largement utilisés. Un tel évapo- rateur est décrit dans le brevet US N'3 366 158 déposé le Janvier 1968. Un condenseur sélectif, qui utilise des éléments d'échange thermique du type en forme de plaques, est décrit dans le brevet US N'4 216 002 déposé le 5 Août 1980. Les évaporateurs du type à plaques et des systèmes d'évaporateurs d'une manière générale sont le siège de pertes de rayonnement et de pertes par ventilation. Les pertes de rayonnement peuvent être réduites moyennant l'utilisation d'un isolant. Les pertes par ventilation peu- vent être réduites moyennant la mise en oeuvre d'un refroi- dissement des gaz d'aération au-dessous de la température de condensation, avant qu'ils sortent de l'évaporateur. Dans certains types d'évaporateurs, le sous-re- froidissement était réalisé à un certain degré moyennant l'utilisation d'une certaine forme d'un dispositif interne de préchauffage de la liqueur/refroidissement des gaz de ventilation et/ou gràce à l'utilisation de dispositifs ex- térieurs de chauffage, mais de tels dispositifs n'ont pas été utilisés avec succès dans des évaporateurs à ruisselle- ment du type à plaques, étant donné que la liqueur arri- vante échange de la chaleur directement avec la vapeur pro- duite à l'intérieur de l'évaporateur, et ce d'une manière plus efficace que par un transfert the_.icque indirect avec le fluide caloporteur à l'intérieur des éléments en forme de plaques. Ce procédé dissipe la différentieile de tempé- rature disponibie et la force d'entrainement. Le préchauffage de la ligueur et le refroidisse- ment des gaz de ventilation dans un évaporateur à ruissel- lement du type à plaques sont réalisés conformément à la présente invention grâce au fait qu'on entoure les parties supérieures de certains éléments en forme de plaques d'un évaporateur avec une hotte, au-dessous de laquelle les sub- stances non condensables sont collectées, lorsque l'évapo- rateur fonctionne. La présence des gaz non condensables em- pêche la liqueur d'alimentation de venir en contact avec la température chaude produite. dans lévaporateur et d'échanger de la chaleur avec cette vapeur, sous l'effet d'un contact direct. La liqueur d'alimentation est chauffée jusqu'à son point d'ébullition par l'échange thermique effectué avec la vapeur de chauffage, qui est située à l'intérieur des éléments en forme de plaques, lorsque le liquide des- cend le long des surfaces des éléments à l'intérieur de la hotte. Cette ébullition produit à la fois des substances condensables et des substances non condensables, qui peu- vent s'évacuer uniquement en descendant le long du pourtour de la hotte et en tombant au-dessous de cette dernière. La liqueur, qui n'a pas été évaporée, continue son déplacement descendant sur les éléments chauffants de manière à être évaporée ou collectée à la base de l'évapo- rateur. La vapeur de chauffage envoyée aux éléments en forme de plaques, dont les parties supérieures sont situées à l'intérieur de la hotte, provient des parties supérieures d'autres éléments chauffants, non situés au-dessous de la hotte, et pénètre dans les éléments en forme de plaques de la section de sous-refroidissement, c'est-à-dire les élé- ments situés au-dessus de la hotte, à proximité des extré- mités inférieures de ces éléments. Les évaporateurs équipés de sections réalisant un refroidissement au-dessous de la température de condensa- tion et un réchauffage, conformes à l'invention, peuvent être avantageusement utilisés en tant que systèmes ou éta- ges dans un système d'évaporateur à étages multiples, à l'aide duquel une vapeur de chauffage et une liqueur d'alimentation devant être évaporées circulent à contre- courant. L'invention supprime l'utilisation de dispositifs externes de chauffage, complexes et onéreux. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes pièces et sur lesquels: - la figure 1 représente une vue simplifiée d'une unité d'évaporateur conforme à l'invention, dont on a sup- primé les canalisations et le carter; et - la figure 2 représente un système d'évaporateur à étages multiples, conforme à l'invention. Le dessin de la figure 1 représente les parties intérieures d'un évaporateur à ruissellement conforme à l'invention. Dans un évaporateur, les parties représentées sur la figure 1 sont disposées à l'intérieur d'un boîtier ou carter comme cela est représenté sur la figure 2 ou comme cela est représenté dans les brevets US mentionnés précédemment. On voit que des éléments de chauffage du type en forme de plaques i0 et 11 sont disposés d'une manière géné- rale parallèlement entre eux, les surfaces en vis-à-vis d'éléments adjacents définissant des canaux verticaux qui permettent au réfrigérant liquide de descendre sur les sur- faces des éléments 10 et 11 sous la forme d'une pellicule descendante. Les éléments 10 comprennent un groupe d'élé- ments, qui est sizué au-dessous d'une hotte, désignée d'une manière générale par la référence 12 et qui se présente sous la forme d'un boîtier possédant une partie supérieure 13 et des parois latérales 14. Les extrémités supérieures des éléments en forme de plaques 10 sont entourées par les parois latérales 14 de la hotte 12, qui possède une base ouverte, ce qui permet le passage de la vapeur depuis l'in- térieur de la hotte 12 en direction de l'espace intérieur du carter de l'évaporateur (qui n'a pas été représenté sur la figure 1 pour montrer de façon plus nette les autres parties). Les éléments en forme de plaques 11 qui ne sont pas situés au-dessous d'une hotte, forment un autre groupe. Directement au-dessus des éléments 10 se trouve disposé, à l'intérieur de la hotte 12, un bac 15 de distri- bution d'une liqueur, qui possède d'une manière générale un fond horizontal et des côtés verticaux. Le fond du bac 15 comporte des trous (non représentés) qui permettent à la liqueur de circuler depuis l'intérieur du bac 15 en direc- tion des surfaces des éléments en forme de plaques 10 si- tués au-dessous du bac. La liqueur d'alimentation est en- voyée au bac 15 à partir de l'extérieur du carter de l'éva- porateur, par l'intermédiaire d'une canalisation (non re- présentée sur la figure 1), qui passe par un orifice ménagé dans une paroi latérale de la hotte 12, comme cela est re- présenté par la flèche indiquée sur la figure 1. Les éléments en forme de plaques 10 de la section de préchauffage de l'évaporateur, c'est-à-dire les éléments situés au-dessous de la hotte 12, sont tous en communica- tion avec un collecteur supérieur 17, par l'intermédiaire duquel les gaz d'aération sortent des éléments 10 comme cela est représenté par une flèche sur la figure 1, en cir- culant dans une canalisation (non représentée), qui tra- verse une paroi 14 de la hotte 12 et le carter extérieur de l'évaporateur. Les éléments 10 de la section de préchauffage sont également tous en communication avec un collecteur in- férieur pour l'entrée de la vapeur de chauffage dans les éléments 10, par l'intermédiaire d'un orifice 19 d'ertrée de la vapeur. Les éléments 11, qui ne sont pas disposés au-des- sous de la hotte 12, sont interconnectés par un collecteur supérieure 27 et par un collecteur inférieur 28, et dans ces éléments, il est prévu un écoulement de la liqueur de refroidissement répartie par l'intermédiaire d'un bloc 25 de distribution de la liqueur, qui possède, comme le bac , un fond plat perforé des parois latérales verticales. La vapeur pénètre dans le collecteur de fond 28 par l'intermédiaire d'un orifice 29, comme représenté par une flèche, traverse en circulant selon un déplacement as- cendant les -éléments i1l et sort dans le collecteur supé- rieur 27, d'o elle est envoyée, comme représenté sur la figure 1, au collecteur inférieur 19 des éléments 10 situés au-dessous de la hotte 12. La circulation de la liqueur dans un système d'évaporateur à étages multiples est représentée sur la fi- gure 2, qui montre de quelle manière la liqueur peut étre envoyée aux plaques de distribution 25 moyennant la circu- lation d'une partie de la liqueur collectée à la base de l'étage de l'évaporateur en direction du bac 25 au moyen d'une canalisation et d'une pompe appropriées. Quatre éta- ges évaporateurs A,E,C et D sont représentés. Sur la figure 2, on voit que la liqueur est introduite à la partie supé- rieure de l'étage d'évaporateur D, tout à fait à.droite, et que le produit condense sort au niveau de la base de l'éta- ge d'évaporateur A sur le côté situé tout à fait à gauche du dessin. La vapeur de chauffage, habituellement de la va- peur d'eau, circule à contre-courant avec la liqueur, en traversant la zone supérieure de chaque étage jusqu'à une entrée de la vapeur située à la base de l'étage suivant, d'une manière siàmlalre à ce cui est repréesenté pour la circulation intérieure de la vapeur depuis la partie supé- rieure des éléments lI iusqu'à la base des éléments 10 sur la figure 1. A titre de sim!lificazicn, la circulation de la vapeur n'est pas représentée sur la figure 12, mais une circulation de la vapeur s'effectue dans chacun des étages A-D, comme cela est représenté sur la figure 1. L'utilisation d'évaporateurs à étages multiples fonctionnant selon une circulation à contre-courant est bien connue dans la technique, de sorte qu'il n'est pas né- cessaire de décrire de façon détaillée les canalisations, pompes, etc. Ce qui n'est pas connu dans l'art antérieur, c'est l'utilisation du dispositif de préchauffage de la li- queur et de refroidissement de la vapeur au-dessous de sa température de condensation, conforme à la présente inven- tion, dans un évaporateur du type à plaques ou dans des étages d'évaporateurs d'un évaporateur à étages multiples. Lors du fonctionnement de l'évaporateur de la fi- gure 1, la liqueur devant être évaporée est envoyée au bac de distribution 15, à une température égale par exemple à 74C. Cette liqueur boud en raison d'un échange thermique avec la vapeur circulant dans les éléments 10, et la li- queur, qui n'a pas été évaporée, est collectée à la base de l'évaporateur. La vapeur produite par la liqueur bouillante, qui inclut à la fois des substances condensables et des sub- stances non condensables, monte à l'intérieur du carter de l'évaporateur, et l'espace situé à l'intérieur de la hotte 12 collecte les substances non condensables, et est rempli par les substances non condensables lorsque le fonctionne- ment de l'évaporateur se poursuit. Ces substances non condensables peuvent s'échapper de la hotte uniquement lorsqu'elles ont rempli complètement cette dernière et peu- vent sortir au-dessous des bords inférieurs des parois 14 de la hotte. Il en résulte que les substances condensables ne peuvent pas pénétrer dans la hotte, ni être en contact direct avec la liqueur située au-dessous ou à proximité des parties supérieures des éléments 10. Les substances non condensables collectées au-dessous de la hotte 12 ne peu- vent pas chauffer la liqueur à un.degré important de sorte que cette dernière est chauffée indirectement par le fluide de chauffage situé à l'intérieur des éléments 10 et com- mence à bouillir avant de s'échapper hors de la zone en forme de hotte. Ceci conduit à un état de fonctionnement, lors duquel la liqueur est préchauffée à l'intérieur de la hotte 12, et la vapeur sortante, qui quitte les éléments 10 par l'intermédiaire du collecteur 17, est sousrefroidie à une température égale par exemple à 79,5'C. La liqueur col- lectée à la partie inférieure de l'évaporateur possède une température égale par exemple à 85C. On considère que l'évaporateur que l'on vient de décrire est l'étage d'évaporateur D de l'évaporateur à quatre étages de la figure 2. Une partie de la liqueur col- lectée à la partie inférieure de l'évaporateur est entrai- née en direction du bac de distribution 25 de manière à re- tomber le long des éléments 11, et une partie de la liqueur collectée est transférée à l'évaporateur de l'étage C, qui possède également un groupe d'éléments du type en forme de plaques réunis dans une hotte. La liqueur est à une tempé- rature supérieure à la température de 74C, à laquelle elle a été envoyée initialement à l'étage D, et elle est à nou- veau préchauffée à l'intérieur de la hotte 12 de l'évapora- teur de l'étage C au moyen d'un échange de chaleur indirect avec la vapeur située à l'intérieur des éléments en forme de plaques 10 de l'étage C. Ce processus se répète dans les étages B et A jusqu'à ce que le produit formé par la li- queur condensée soit retiré de la base de l'étage A. Le rendement de l'opération est amélioré dans chaque étage. Les pertes par aération sont réduites. Les spécialistes de la technique comprendront différentes applications du dispositif et du procédé selon la présente invention, qui ont été décrits de façon détail- lée. REVENDICATIONS 1. Évaporateur à ruissellement comportant une pluralité d'éléments chauffants (10,11) et des moyens pour faire circuler un fluide de chauffage à l'intérieur de ces éléments, caractérisé en ce que les parties supérieures de certains éléments (10,11) sont enserrées dans une hotte (12) ouverte vers le bas, que ces éléments comportent des moyens (15) servant à distribuer une liqueur devant être évaporée sur les surfaces des éléments chauffants,' ladite hotte (12) servant à empêcher un échange thermique avec contact direct entre la liqueur devant être évaporée et la vapeur condensable produite par l'évaporation du liquide. 2. Évaporateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les éléments chauffants (10,11) sont consti- tués d'une manière générale par des plaques planes réunies entre elles sur leur pourtour. 3. Évaporateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les éléments chauffants (10,11) sont des en- veloppes constituées par des plaques planes réunies au ni- veau de leur pourtour et que les moyens servant à faire circuler un fluide de chauffage incluent un collecteur in- férieur (29) raccordant les enveloppes à proximité de leurs extrémités inférieures, et un collecteur supérieur (27) in- terconnectant les extrémités supérieures des enveloppes pour l'aération de ces dernières. 4. Évaporateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la hotte (12) comporte un orifice d'évacuation pour l'aération. 5. Procédé pour réaliser la surfusion d'une va- peur d'aération dans un évaporateur à ruissellement, carac- térisé en ce qu'il consiste à amener les extrémités supé- rieures des éléments chauffants (10,11) de l'évaporateur à être entourés par des substances non condensables, qui ne participent pas efficacement à un échange the.,ique direct avec la liqueur introduite dans l'évaporateur pour l'évapo- ration, ce qui a pour effet qu'un fluide de chauffage cir- culant à l'intérieur des éléments chauffants est refroidi par échange thermique indirect avec ladite liqueur. 6. Procédé selon la revendication 5, selon lequel le fluide chauffant est introduit dans lesdits éléments chauffants (10,11), à proximité de leurs extrémités infé- rieures. 7. Évaporateur à ruissellement comportant une pluralité d'éléments chauffants (10,11) situés à l'inté- rieur d'un carter, des moyens pour introduire une vapeur dans les éléments chauffants et des moyens pour aérer ces derniers, caractérisé en ce que les parties supérieures de certains des éléments chauffants (10,11) sont enserrées à l'intérieur d'une hotte (12) à l'intérieur du carter de ma- nière à collecter des substances non condensables, de ma- nière à empêcher un contact direct de la liqueur devant être évaporée avec la vapeur condensable à l'intérieur de la hotte. 8. Évaporateur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les éléments chauffants (10,11) sont des éléments chauffants du type en forme de plaques. 9. Évaporateur selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'un bac (15) de distribution de la liqueur est situé à l'intérieur de la hotte (12) au-dessus des éléments chauffants (10,11). 10. Évaporateur selon la revendication 7, carac- térisé en ce que la vapeur sortant des éléments chauffants (10,11), dont les parties supérieures ne sont pas entourées par la hotte (12), est envoyée aux éléments chauffants, dont les parties supérieures sont entourées par la hotte. 11. Évaporateur selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'il inclut des moyens pour faire circuler la liqueur collectée à la partie inférieure du carter jusqu'à des moyens (25) de distribution de la liqueur situés à l'extérieur de la hotte (12) de manière à distribuer la li- queur aux éléments chauffants dont les parties supérieures ne sont pas situées à l'intérieur de la hotte. 12. Évaporateur. selon la revendication 7, carac- térisé en ce que chaque élément chauffant (10,11) comporte un couple de plaques de forme générale plane réunies au ni- veau de leur pourtour et que les éléments chauffants sont interconnectés par un collecteur supérieur (27) et un col- lecteur inférieur (28). 13. Procédé pour faire évaporer une liqueur, Ca- ractérisé en ce qu'il consiste à introduire la liqueur de- vant être évaporée dans un espace situé à l'intérieur d'un évaporateur, la liqueur tombant sous la forme d'une pelli- cule mince le long des surfaces d'éléments chauffants (10,12) de manière à être évaporée par suite d'un échange thermique indirect avec un fluide de chauffage circulant à l'intérieur des éléments chauffants, tout en empêchant un échange thermique direct avec la vapeur condensable pro- duite par l'évaporation de la liqueur sous l'effet d'un tel échange thermique indirect à proximité de parties supé- rieures desdits éléments chauffants, au moyen de la col- lecte de la vapeur non condensable dans une hotte (12) en- tourant les parties supérieures des éléments chauffants (10,12), ce qui entraine un refroidissement de la vapeur à l'intérieur desdites parties supérieures, sous l'effet d'un tel échange thermique indirect.