Brevet FR2757419A1 — publié le 19980626

L'invention revendiquée se rapporte au problème de la concentration de solutions sensibles,par évaporation sous vide et jusqu'à l'obtention de concentrations élevées,sans atteindre,toutefois,l'état pâteux. On confie généralement cette tâche à deux types d'appareils: le premier, souvent du type "à flot tombant",avec un ou ou plusieurs effets,qui porte la concentration jusqu'à 40 Brix environ,(au delà,l'uniformité du film descendant par gravité dans les tubes,devient difficile);le second,qui a une fonction de "finisseur",est du type à tube unique,vertical,avec un seul passage du produit,qui le traverse en décrivant une trajectoire hélicoidale,sous l'action d'un rotor à vitesse variable.Ils sont nombreux déjà sur le marché;ils se ressemblent quant au principe de base,et possèdent en commun un corps tubulaire vertical,chauffé par de la vapeur ou bien de l'eau chaude,circulant dans des chemises périphériques. Ils sont différents par le rotor central,qui conditionne la répartition du produit traité,dans sa chute le long de la paroi tubulaire.Pour les appareils "LUWA" les pales du rotor ne touchent pas la surface du tube.Elles passent,sur toute leur longueur à quelques dizièmes de millimètre de distance de cette surface qui est rectifiée,provoquant la formation d'un film qui s'écoule en régime turbulent en forme de spirale,jusqu'au collecteur inférieur. Pour le appareils "BAYER","SAMBAY",et d'autres, les pales du rotor touchent la parroi tubulaire,par l'intermédiaire de légers élements "racleurs",qui sont articulés sur toute la longueur des lames,et qui appliquent sur lasurface,sous la sollicitation de la force centrifuge.. L'appareil objet de notre invention est une variante des appareils ci-dessus,plus proche des "LUWA" dont nous joignons une illustration en annexe.Le produit entre en (l).dans le corps chauffé (2)et descend en triés mlnce spirale vers e r s la sortie (4);1a vapeur remonte au centre,aspirée,sort en (5) après être épurée par le séparateur de gouttes (bugle fluide caloporteur rentre en (7) et sort en (8),delta chemise. La présente invention concerne un évaporateur à corps vertical,constitué d'une surie d'enceintes,de forme lenticulaire,concentriques,disposées les unes sur les autres et interliées entre-elles par une large ouverture centrale,circulaire.Le récipient ainsi formé,rappele un peu un soufflet de dilatation;il est disposé dans une chemise où circule 1 'eau,ou le fluide,de chauffe. Un axe concentrique aux enceintes ci-dessus indiquées et disposé sur la hauteur totale,supporte une série de mini-turbines,fixées en regard de chacune de ces enceintes lenticulaires,légèrement au dessus de leur plan médian.L 'ensemble est actionné par un moto-réducteur. Dans la partie supérieure de 1 'évaporateur,fixée sur le corps décrit ci-dessus,une chambre d'expansion et de rétention de gouttes,est connectée par un conduit de gros diamètre,au dispositif condenseur et pompe à vide. Dans la partie inférieure,une cuve cylindrique dotée de chemise de chauffe,recueille la liqueur concentrée,qui est gardée à niveau constant par admission de liqueur faible.Une pompe de circulation reliée à cette cuve remonte la liqueur jusqu'à la base de la chambre d 'expansion , d 'où elle s'écoule dans le corps central ci-dessus décrit. Dans sa chute le flux liquide est repris,au niveau de chaque enceinte lenticulaire,par la mini-turbine centraler et projeté sur les parois chaudes,sur lesquelles il glisse jusqu'à un dispositif racleur constitué de fils de nylon fixés entre chaque turbine et tournant à la même vitesse. La turbulehce de l'écoulement s'en trouve accrue et par là même le coefficient de transmission,surtout pou r les solutions trés concentrées.Ces fils appliquent aux parois sous l'action de la force centrifuge,s' incurvant en fonction de leur forme et de la viscosité de la solution. L'extraction de la liqueur concentrée se fait par une pompe à vitesse variable,qui permet ainsi de controler la recirculation et par la même,la concentration finale. L'invention est représentée sur le dessin ci-joint, qui illustre , schématiquement,en coupe,un exemple de réalisation de ce type d'évaporateur. Observons qu'il est bien différent des appareils que construisent les firmes LUWA,BAYER,SAMBAY,..dont le corps est internement constitué par une surface cylindrique parfaite,alors que dans notre cas elle est divisée en de multiples enceintes de section elliptique... L'évaporateur peut se diviser en 4 parties,qui sont, en suivant l'ordre du précédent exposé - le corps (A),composé d'une série d'enceintes superposées et inter-connectées,qui sont entourées d'une chemise où circule le liquide caloporteur,généralement de l'eau; - l'axe central (B),doté de turbines, actionné par son extrémité supérieure et reposant à son extrémité inférieure sur un palier en butée; - la chambre d'expansion des vapeurs et de rétention des gouttes entrainées (C); - la cuve (D) de collecte et réserve,du liquide à concentrer,avec sa chemise de maintien en température. Le liquide à concentrer rentre dans l'évaporateur, aspiré par le vide, en (l),au travers d'une vanne asservie à un détecteur de niveau,destiné à maintenir celui-ci constant dans la cuve.Ce liquide est repris par la pompe (2),qui l'injecte à la base de la chambre (C).I1 tombe sur la première turbine (3),qui le disperse en fines gouttes, projetées sur la surface chaude de l'enceinte (4);il coule en fine couche,raclée par les fils d'élastomère (5),passe par l'ouverture à l'enceinte suivante,après une première concentration; d'autres suivent.. La séquence ci-dessus se reproduit au niveau de chacune des enceintes,jusqu'à la cuve de collecte (D). Une pompe d'extraction est branchée e (o).Les vapeurs montent dans la chambre d'expansion (C),et passent au condenseur par (7) ,après passage par le dispositif séparateur de gouttes (8).L'eau de chauffe rentre en (9) et sort en (10). Deux équipements prototypes ont été déjà construits, avec des capacités de 50 et 200 litres/heure d'eau évaporée sur des moûts de raisin sommairement décantés. Partant de basses densités,de l'ordre de 1,09 soit 220Brix,on a pù,sans difficulté atteindre 1,32,soit g50Brix ce qui correspond à 8tri0 grammes/litre de sucre. La pression résiduelle,ayant été maintenue à 30 millibars,la température d'évaporation était de l'ordre de 250C.L'eau de chauffe était à 50 C et celle du condenseur à 13/150C. Les fils de nylon des dispositifs "racleurs",ne présentent aucune usure apparente après un long temps de fonctionnement. Il est évident que les applications le ce modèle d'évaporteur peuvent être nombreuses , surtout en génie alimentaire et p8armaceutique.I1 permet de traiter des produits sensibles,à basse température et sur une large plage de viscosités.Il semble particulièrement indiqué pour des capacités d'évaporation allant jusqu'à une tonne d'eau à l'heure,le liquide à évaporer pouvant varier évidemment. Ajoutons aussi,qu'en fonction de sa capacité d'évapora- tion,cet équipement se présente sous un volume réduit; de plus sa conduite est facile. RLUENDICAT'ONS 1 - Procédé de conrentratlon d'une solution, par éaporation. caractérisé par une succession d'actions appliquées à la solution à traiter, passant à l'état dispersé dans une cascade d'enceintes sous vide. Contrainte de parcourir leur surface interne et chaude en fine couche et régime turbulent, elle est le siège d'une intense évaporation de l'eau (ou solvant) de constitution. 2 - Appareil évaporateur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, composé d'une série d'enceintes identiques, de section élliptique, juxtaposées verticalement et coaxialement, les unes sur les autres, communicant entre elles par de larges ouvertures circulaires. L'ensemble de cet empilage est contenu dans une enveloppe cylindrique où circule un fluide caloporteur, et maintenu sous vide élevé. 3 - Appareil suivant la revendication 2, doté d'un axe tournant concentriquement, et sur lequel sont fixés autant de turbines et de dispositifs à fils, qu'il y a d'enceintes dans l'empilage. L'effet centrifuge disperse la solution traitée. 4 - Appareil suivant les revendications 2 et 3, dans lequel divers dispositifs à fils permettent par la friction de ceux-ci sur les parois internes des enceintes, de racler celles-ci et de conserver un important coefficient de transmission de chaleur. 5 - Appareil suivant les revendications 2, 3 et 4, qui possède en sa partie supérieure, sur l'aspiration des vapeurs dégagées, une chambre cylindrique, munie d'un séparateur de gouttes, fixé sur l'axe ci-dessus mentionné, qui permet de les collecter et de les réintroduire dans la chambre d'évaporation.