Brevet FR2722866A1 — publié le 19960126

L'invention se rapporte à un évaporateur fonctionnant suivant le principe du film ruisselant, comportant une enveloppe et un système de tubes d'évaporation à l'intérieur de celle-ci, le système comportant des tubes d'évaporation verticaux, des éléments destinés à amener un agent devant être évaporé sur les tubes d'évaporation d'une manière telle qu'il s'écoule vers le bas le long des tubes d'évaporation et forme un film sur la surface extérieure de ceux-ci, et des canaux d'entrée et de sortie de vapeur de chauffage reliés à la partie interne des tubes d'évaporation. Les évaporateurs fonctionnant suivant le principe du film ruisselant sont déjà utilisés depuis longtemps pour la concentration de liquides. Dans ces évaporateurs, un liquide est amené à s'écouler sous la forme d'un film le long de la surface interne de tubes de chauffage et la surface externe des tubes est chauffée par de la vapeur, la chaleur de la vapeur amenant l'eau à s'évaporer du liquide devant être concentré et à s'écouler sous forme de vapeur dans une chambre de collecte et sortir à l'état de vapeur de la chambre de collecte. De façon correspondante, le liquide concentré s'écoule vers le bas le long des tubes jusque dans une chambre de collecte et sort de celle-ci par un canal séparé. La vapeur utilisée pour le chauffage est au moins partiellement condensée en eau et évacuée sous forme de condensat par un canal séparé. La vapeur restante est évacuée séparément par un canal de sortie particulier pour la vapeur. Dans les solutions connues, l'installation est mise en oeuvre de façon typique d'une manière telle que des tubes formant une surface de chauffage sont fixés à leurs extrémités entre des plaques dites a tube. Les plaques à tube possèdent des trous pour les extrémités de tube et forment des parois de séparation entre une chambre d'alimentation pour un liquide devant être concentré, une chambre de vapeur et une chambre de collecte pour du liquide concentré respectivement. Une telle solution est connue grâce au brevet finlandais 71 067 par exemple. On connaît grâce au brevet finlandais 76 069 une solution selon laquelle les tubes d'évaporation sont constitués de deux tubes l'un dans l'autre d'une manière telle que l'extrémité supérieure du tube extérieur est fermée et de la vapeur est amenée à passer le long de la surface entre les tubes et à revenir par le tube intérieur. D'autre part, le liquide devant être concentré est amené à l'extérieur des tubes. Dans cette solution également, une plaque à tube résistant à la pression est nécessaire pour les tubes, et du fait que les tubes sont l'un dans l'autre, le dimensionnement et l'installation doivent être tres precis. Lorsque des produits très secs sont recherchés, un problème avec les solutions connues est que de la vapeur chaude doit être utilisée afin de procurer une température suffisante, avec pour résultat que l'enveloppe extérieure de l'évaporateur est exposée à une pression de vapeur élevée. L'enveloppe doit de ce fait être réalisée dans une matière épaisse et la structure complète doit être très solide, ce qui signifie des coûts de fabrication plus élevés. En outre, dans une solution dans laquelle une liqueur est amenée à passer dans les tubes, la saleté collée sur la surface interne des tubes peut se détacher par morceaux et boucher le tube de sorte que les tubes ne peuvent plus être nettoyés avec succès d'une manière typique avec un liquide de lavage, avec pour résultat que la capacité d'évaporation de l'installation diminue. De plus, la fabrication des plaques à tube selon les solutions connues demande une grande précision et les coûts de fabrication sont par conséquent élevés. Le but de la présente invention est de procurer un évaporateur grâce auquel les inconvénients ci-dessus sont évités et qui est simple à fabriquer et également à nettoyer si nécessaire. L'évaporateur selon l'invention est caractérisé en ce que le système de tubes d'évaporation se compose de plusieurs éléments d'évaporation parallèles. Une idée essentielle de l'invention est que des éléments d'évaporation se composent de tubes d'évaporation de préférence d'une manière telle que les extrémités supérieures et les extrémités inférieures respectivement des tubes d'évaporation sont interconnectées de préférence au moyen de chambres de collecte tubulaires. L'invention est en outre caractérisée en ce que plusieurs éléments d'évaporation constitués de tubes d'évaporation parallèles de préférence au même niveau sont installés en parallèle dans le même évaporateur. Une forme de réalisation préférée de l'invention est en outre caractérisée en ce que les chambres de collecte des éléments d'évaporation séparés sont interconnectées d'une manière telle que les chambres de collecte au niveau de l'extrémité supérieure des tubes, d'une part, et les chambres de collecte au niveau de l'extrémité inférieure des tubes, d'autre part sont de préférence interconnectées au moyen d'une chambre de raccordement tubulaire ou éventuellement une chambre de raccordement d'une autre forme. Une autre idée essentielle de l'invention est qu'un liquide devant être concentré est amené par l'intermédiaire d'un bac de distribution à l'extrémité supérieure des tubes d'évaporation sur la surface extérieure de ceux-ci et la vapeur est amenée par l'intermédiaire des chambres de collecte à l'intérieur des tubes d'évaporation de préférence vers le bas depuis l'extrémité supérieure, et de manière correspondante, le condensat généré est évacué des chambres de collecte à l'autre extrémité ainsi que la vapeur restante, les deux de préférence par des canaux séparés ou par un canal commun. La vapeur peut également être amenée par en dessous, auquel cas le condensat est recueilli par en dessous et la vapeur restante par en dessus. Un avantage d'un évaporateur selon l'invention est qu'il est facile et simple à fabriquer, du fait qu'il se compose de plusieurs éléments d'évaporation parallèles fabriqués de la même manière. Du fait que les éléments peuvent être supportés uniquement à une extrémité, aucune contrainte thermique devant être compensée n'apparaît, même si les tubes de surface de chauffage et l'enveloppe étaient réalisés dans des matières différentes. En outre, le système de tubes de l'évaporateur selon l'invention n'est pas facilement bouché, car seules de la vapeur et de l'eau de condensation passent par les tubes d'évaporation. De plus, la structure selon l'invention peut être rendue relativement légère, car seuls les éléments d'évaporation qui contiennent de la vapeur subissent une pression élevée. L'épaisseur de paroi des tubes d'évaporation de ces éléments peut être choisie d'une manière souhaitée sans que l'épaisseur de la partie restante de l'évaporateur, par exemple de l'enveloppe, soit affectée. Par ailleurs, les surfaces de chauffage de l'évaporateur selon l'invention sont faciles à nettoyer, si nécessaire, car de la saleté éventuelle provenant d'une liqueur ou d'un autre liquide, collée sur les surfaces de chauffage, se trouve sur la surface extérieure des tubes d'évaporation et l'évaporateur peut ainsi être nettoyé d'une manière connue par dissolution ou par exemple au moyen d'un nettoyeur haute-pression ou d'un autre dispositif similaire, sans que le système de tubes ait à être rincé à l'intérieur. L'invention va être décrite plus en détail au moyen des dessins annexés, dans lesquels La figure 1 montre schématiquement un évaporateur selon l'invention, en coupe parallèlement aux éléments d'évaporation, La figure 2 montre l'évaporateur selon l'invention en coupe perpendiculaireinent aux éléments évaporation, Les figures 3a et 3b montrent schématiquement une vue de côté et en bout d'un élément d'évaporation selon l'invention, et La figure 4 montre schématiquement une vue en coupe en perspective d'une forme de réalisation de l'évaporateur selon l'invention. Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un évaporateur selon l'invention en coupe parallèlement aux éléments d'évaporation d'une part et en coupe perpendiculairement aux éléments d'évaporation d'autre part. L'évaporateur comporte une enveloppe 1 contenant un système 2 de tubes d'évaporation composé d'éléments d'évaporation similaires à ceux représentés schématiquement sur les figures 3a et 3b. Un liquide devant être concentré, dans le cas présent de la liqueur noire, est amené par l'intermédiaire d'un raccord 3 dans l'enveloppe 1 jusqu'au fond de celle-ci. La liqueur est évacuée du fond de l'évaporateur par un raccord de sortie 4 et une partie de celle-ci est pompée au moyen d'une pompe 5 représentée schématiquement et grâce à un tube de circulation 6 jusque dans un bac de distribution 7 au-dessus du système de tubes d'évaporation 2, et elle s'écoule du bac à peu près régulièrement sur des chambres de collecte 8 des éléments d'évaporation et de là vers le bas le long de la surface des tubes d'évaporation séparés 9. L'utilisation de l'invention n'est en aucune manière limitée à la liqueur noire et peut également être utilisée pour l'évaporation d'autres liquides. A l'extrémité inférieure des tubes d'évaporation 9, la liqueur noire concentrée s'écoule le long de la surface des chambres de collecte 10 de l'extrémité inférieure et tombe ensuite dans la liqueur dans la partie inférieure de l'enveloppe 1 et s'y mélange. Afin de permettre l'évaporation, de la vapeur est amenée dans les tubes d'évaporation 9 et elle est amenée par un canal d'entrée 11 dans la partie supérieure du système de tubes d'évaporation 2. De là, la vapeur entre tout d'abord dans une chambre de raccordement 12, qui est reliée aux chambres de collecte supérieures 8 des éléments d'évaporation, de sorte que la vapeur est distribuée de manière égale par celles-ci dans tous les tubes d'évaporation 9. De façon correspondante, la partie restante de la vapeur et le condensat sont recueillis, après être passés dans les tubes d'évaporation dans les chambres de collecte 10 de l'extrémité inférieure des éléments d'évaporation, ces chambres de collecte étant reliées à une chambre de raccordement inférieure 13. De la partie inférieure de la chambre de raccordement inférieure 13 part un canal de sortie 14 pour le condensat, le condensat étant évacué par ce canal, et de manière respective part de la partie supérieure de la chambre de raccordement 13 un canal de sortie 15 pour la vapeur, la vapeur de chauffage restante non condensée étant évacuée par ce canal. L'eau libérée par la liqueur noire sous l'influence du chauffage est évacuée sous forme de vapeur par un raccord de sortie 16 à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 1, et de manière respective, la liqueur concentrée est évacuée par un canal de distribution 17 représenté schématiquement. A l'intérieur de l'évaporateur, à l'avant du raccord de sortie 16, se trouve un séparateur de brouillard 18 constitué de feuilles lanellaires, représentées sur la figure 4, d'une manière telle que les gouttes d'eau ou de liqueur éventuellement contenues dans la vapeur en sortie frappent les lamelles et s'écoulent vers le bas le long de celles-ci. Le séparateur de brouillard est monté de façon à être enfermé par un boîtier fermé 19 de chaque côté de sorte que toute la vapeur en sortie s'écoule en passant par le séparateur de brouillard 18. D'autres structures de séparateur de brouillard connues peuvent tout aussi bien être utilisées dans ce séparateur. Les figures 3a et 3b représentent schématiquement un élément d'évaporateur 2a d'un évaporateur selon l'invention en vue de côté et en bout respectivement. L'élément d'évaporateur 2a comporte une chambre de collecte supérieure 8, des tubes d'évaporation 9 et une chambre de collecte inférieure 10. Un élément d'évaporateur 2a simple, comme cela est représenté sur la figure 3b, est de préférence un élément d'évaporation plan constitué de tubes d'évaporation parallèles à distance l'un de l'autre, avec chaque tube 9 relié aux chambres de collecte 8 et 10 respectivement, de sorte qu'il y a une liaison entre les chambres de collecte 8 et 10 au moyen de chaque tube d'évaporation. Les tubes d'évaporation 9 peuvent être fixés aux chambres de collecte 8 et 10 par exemple par soudage ou par un autre procédé de fixation approprié. Les chambres de collecte 8 et 10 sont de préférence tubulaires, ce qui permet de prévoir une structure aussi résistante à la pression que possible. Du fait que les éléments d'évaporation 2a résistent à une pression élevée, des températures de vapeur élevées et par conséquent des pressions élevées peuvent être utilisées pour l'évaporation sans que l'évaporateur complet ait à résister à une pression élevée. La structure de l'évaporateur complet peut par conséquent être relativement légère et les coûts de fabrication sont ainsi inférieurs à ceux des solutions connues. De manière correspondante, aucune plaque à tube usinée avec précision et coûteuse n'est nécessaire pour la fabrication de l'élément d'évaporation 2a, et cet élément peut facilement être assemblé avec des pièces tubulaires. L'évaporateur selon l'invention est simple à construire et ses éléments d'évaporation 2a sont faciles à fabriquer, alors que le nombre d'éléments d'évaporation 2a et le nombre de tubes d'évaporation dans un élément peuvent être choisis en fonction des besoins. Du fait que la vapeur passe à l'intérieur des tubes d'évaporation 9, ceux-ci ne sont pas bouchés sous l'influence de la solution devant être concentrée, par exemple une liqueur. Par ailleurs, les surfaces extérieures des tubes d'évaporation 9 sont faciles à nettoyer d'une manière connue par dissolution ou par exemple au moyen d'un nettoyeur haute-pression ou d'un autre dispositif similaire, si nécessaire, du fait qu'il y a en pratique entre les tubes des fentes qui permettent de cette manière un accès à toutes les surfaces. La figure 4 montre schématiquement une forme de réalisation de l'évaporateur selon l'invention en coupe et en perspective. Cette figure est une illustration de la manière selon laquelle le système de tubes d'évaporation 2 est formé en positionnant des éléments d'évaporation 2a en parallèle de façon à former une structure de section carrée par exemple. Le système de tubes d'évaporation 2 est suspendu en place par rapport à l'enveloppe 1 de l'évaporateur en utilisant les chambres de collecte 8 au niveau de l'extrémité supérieure des éléments 2a afin de supporter le système de tubes sur des supports 20 fixés sur l'enveloppe 1. Dans ce but, la longueur des chambres de collecte 8 est dimensionnée de sorte que les deux extrémités de celles-ci s'étendent à l'extérieur des tubes d'évaporation 9 les plus à l'extérieur des éléments d'évaporation 2a et ainsi sur les supports 20. De manière correspondante, la chambre de raccordement supérieure 12 est supportée par un des supports 20. Dans cette forme de réalisation, la chambre de raccordement inférieure 13 est montée à une extrémité des chambres de collecte inférieures 10, alors qu'elle était montée dans la partie médiane des chambres de collecte 10, sous celles-ci, dans la forme de réalisation de la figure 1. L'emplacement de la chambre de raccordement 13 peut ainsi être choisie d'une manière souhaitée, qui n'est pas d'une importance essentielle pour le fonctionnement de l'évaporateur. Des références identiques sont utilisées sur la figure 4 pour des éléments identiques sur les figures précédentes, et ceux-ci ne sont pas expliqués plus en détail. Dans la description ci-dessus et les dessins, l'invention a été exposée à titre d'exemple simplement et ne doit pas être limitée à cela. Les éléments d'évaporation peuvent être assemblés de différentes manières en fonction de la pression utilisée et dimensionnés de manière distincte pour chaque besoin. En dehors d'être tubulaires, les chambres de collecte 8 et 10 peuvent également présenter une autre forme. Les chambres de raccordement 12 et 13 peuvent être reliées de différentes manières aux chambres de collecte 8 et 10 respectivement, aux extrémités ou bien au milieu en fonction de la situation. La vapeur peut en outre être également amenée et évacuée dans la direction opposée, en dehors de la manière décrite précédemment à l'extrémité supérieure du système de tubes d'évaporation par l'intermédiaire de la chambre de raccordement 12 et de l'extrémité inférieure du système de tubes d'évaporation par l'intermédiaire de la chambre de raccordement 13. La vapeur est alors amenée dans la chambre de raccordement 13 à l'extrémité inférieure des tubes et elle s'écoule par en dessous vers le haut à travers les tubes 9 dans la chambre de collecte supérieure et de là dans la chambre de raccordement supérieure 12 d'où elle s'échappe. Dans cette forme de réalisation également, dans laquelle un canal d'entrée et un canal de sortie séparés conduisent de chaque élément vers l'extérieur de l'évaporateur, la vapeur peut être amenée à l'extrémité inférieure des éléments et s'échapper par l'extrémité supérieure de ceux-ci. La manière la plus simple d'évacuer le condensat consiste à l'évacuer par l'extrémité inférieure des éléments d'évaporation. De la liqueur ou un autre liquide devant être évaporé peut être amené, comme cela est représenté sur les figures 1 et 2, dans le fond de l'évaporateur, ou en variante directement dans le bac de distribution 7. La liqueur ou un autre liquide devant être évaporé peut être évacué par le fond de l'enveloppe 1 de l'évaporateur et circuler de la manière représentée sur les figures ou bien en amenant le liquide à circuler séparément de la partie supérieure de la couche de liquide dans le fond de l'enveloppe 1 par exemple. Les éléments d'évaporation peuvent être supportés, en dehors d'être suspendus par la partie supérieure, afin de se tenir sur leur partie inférieure, auquel cas des supports correspondant aux supports 20 par exemple sont prévus pour être supportés par la chambre et les éléments sont positionnés sur ces supports afin de se tenir sur leurs chambres de collecte par exemple. REVENDICATIONS. 1. Evaporateur fonctionnant suivant le principe du film ruisselant, comportant une enveloppe (1) et un système (2) de tubes d'évaporation à l'intérieur de celle-ci, le système comportant des tubes d'évaporation verticaux (9), des éléments (7) destinés à amener un agent devant être évaporé sur les tubes d'évaporation (9) d'une manière telle qu'il s'écoule vers le bas le long des tubes d'évaporation (9) et forme un film sur la surface extérieure de ceux-ci, et des canaux d'entrée et de sortie de vapeur de chauffage (11, 14, 15) reliés à la partie interne des tubes d'évaporation (9), caractérisé en ce que le système de tubes d'évaporation (2) se compose de plusieurs éléments d'évaporation parallèles (2a). 2. Evaporateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément d'évaporation (2a) comporte plusieurs tubes d'évaporation parallèles (9) à distance l'un de l'autre et les tubes d'évaporation de chaque élément d'évaporation (2a) sont interconnectés au niveau de leurs extrémités supérieures et inférieures respectivement par des chambres de collecte (8, 10) et en ce que les canaux d'entrée et de sortie (11, 14, 15) pour la vapeur de chauffage sont reliés aux chambres de collecte (8, 10). 3. Evaporateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que il y a une chambre de raccordement (12, 13) à chaque extrémité du système de tubes d'évaporation (2) et en ce que la chambre de collecte (8, 10) de chaque élément d'évaporation (2a) est reliée à la chambre de raccordement (12, 13) au niveau de la même extrémité et en ce que les canaux d'entrée et de sortie (11, 14, 15) pour la vapeur de chauffage sont reliés aux chambres de raccordement (12, 13). 4. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal d'entrée de vapeur (11) est relié à la chambre de raccordement (12) au niveau de l'extrémité supérieure du système de tubes d'évaporation (2) afin d'amener la vapeur dans les tubes d'évaporation (9) du haut vers le bas et en ce que le canal de sortie (14) pour le condensat est relié à la partie inférieure de la chambre de raccordement (13) au niveau de l'extrémité inférieure du système de tubes d'évaporation (2) afin d'évacuer le condensat généré par la vapeur, et le canal de sortie (15) pour la vapeur est relié à la partie supérieure, respectivement, afin d'évacuer la vapeur non condensée. 5. Evaporateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal d'entrée de vapeur (11) est relié à la chambre de raccordement (13) au niveau de l'extrémité inférieure du système de tubes d'évaporation (2) afin d'amener la vapeur dans les tubes d'évaporation (9) du bas vers le haut et en ce que le canal de sortie (14) pour le condensat est relié à la partie inférieure de la chambre de raccordement (13) au niveau de l'extrémité inférieure du système de tubes d'évaporation (2) afin d'évacuer le condensat généré par la vapeur, et en ce que le canal de sortie de vapeur (15) pour l'évacuation de la vapeur non condensée est relié à la chambre de raccordement (12) au niveau de l'extrémité supérieure du système de tubes d'évaporation (2). 6. Evaporateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de tubes d'évaporation (2) constitué des éléments d'évaporation (2a) est monté afin d'être suspendu par son extrémité supérieure et être supporté par des supports (20) fixés sur l'enveloppe (1). 7. Evaporateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les chambres de collecte (8) au niveau de l'extrémité supérieure des éléments d'évaporation (2a) présentent une longueur telle que leurs extrémités s'étendent sur les supports (20) transversalement à l'enveloppe (1) d'une manière telle que le système de tubes d'évaporation (2) est suspendu afin d'être supporté par les chambres de collecte (8).