Brevet FR2814739A1 — publié le 20020405

DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé de distillation et de concentration des eaux usées provenant notamment des rejets liquides industriels (traitement et concentration dans les industries de traitement de surface, de l'agro-alimentaire, de matériels électriques et électroniques, de la chimie et du textile) ou de tout autre liquide chimique et pétrochimique (distillation sous vide des résidus atmosphériques) dans une installation multicolonnes sous vide. Les techniques connues les plus performantes de distillation sous vide des liquides consomment beaucoup d'énergie, d'une part, celle nécessaire à la production du vide et, d'autre part, celle nécessaire à l'évaporation des liquides à distiller. La présente invention a donc pour but de réduire de manière substantielle la consommation desdites énergies. En effet : - le vide nécessaire à l'installation est produit une seule fois à la mise en service de celle-ci par son remplissage en liquide ou éventuellement par une mise sous vide au moyen d'une pompe, le maintien de celui-ci dans l'installation étant assuré par l'écoulement gravitaire dans la colonne de liquide séparant le milieu sous vide de la pression atmosphérique ; - l'énergie nécessaire à la vaporisation du liquide provient essentiellement de la cavitation du liquide à distiller au niveau des injecteurs. L'installation comprend essentiellement : - une colonne associée à une chambre de vaporisation alimentée par le liquide à distiller au moyen d'une pompe et d'une canalisation d'alimentation ; - plusieurs colonnes associées à des chambres de distillation, pourvues de condenseurs, alimentées par la vapeur provenant de la chambre de vaporisation au moyen d'une canalisation spécifique. Le procédé, selon l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste : 1) pour faire le vide préalable dans chaque colonne et chaque chambre : - à remplir l'installation de liquide pur compatible avec le liquide à distiller au moyen d'une pompe et de la canalisation spécifique qui comporte, en amont, une vanne générale et, au niveau de chaque dérivation vers les chambres de distillation, des vannes secondaires ; chaque chambre et chaque colonne de distillation comportant des moyens d'expulsion des gaz (air et vapeur de liquide) ; les diverses colonnes comportant, à la base, des vannes fermées pendant la phase de remplissage en liquide pur de l'installation ; - à fermer la vanne générale et à ouvrir les vannes secondaires de manière à laisser s'écouler, par gravité, le liquide de remplissage, dans les diverses colonnes qui débouchent, à la base, dans des bacs de récupération, ouverts à l'air libre, jusqu'à la hauteur d'équilibre par rapport à la pression atmosphérique ; 2) pour évaporer le liquide à distiller dans la chambre d'évaporation, à utiliser une rampe de pulvérisation pourvue d'injecteurs de cavitation. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non-limitatif et représenté au dessin annexé (figure unique). Le procédé de distillation et de concentration d'eaux usées ou de tout autre liquide, selon l'invention, utilise une installation multicolonnes sous vide comprenant essentiellement : - une colonne (3) associée à une chambre de vaporisation (5) alimentée par le liquide à distiller au moyen d'une pompe (12) et d'une canalisation d'alimentation (10) pourvue d'une vanne (11) ; - plusieurs colonnes (4,4') associées des chambres de distillation (6,6'), pourvues de condenseurs (7, 7'), alimentées par la vapeur provenant de la chambre de vaporisation (5) au moyen d'une canalisation spécifique (9). Il consiste essentiellement : 1) pour faire le vide préalable dans chaque colonne (3,4, 4') et chaque chambre (5,6, 6') : - à remplir l'installation de liquide pur compatible avec le liquide à distiller (par exemple de l'eau pure lorsque le liquide à distiller est une eau usée) au moyen d'une pompe (13) et de la canalisation (9) qui comporte, en amont, une vanne générale (18) et, au niveau de chaque dérivation vers les chambres de distillation (6,6'), des vannes secondaires (8,8') ; chaque chambre (6,6') et chaque colonne (4, 4') de distillation comportant des moyens (non représentés) d'expulsion des gaz (air et vapeur d'eau) ; les colonnes (3,4, 4') comportant, à la base, des vannes (16,17, 17') fermées pendant la phase de remplissage en liquide pur de l'installation ; - à fermer la vanne (18) et à ouvrir les vannes (16,17, 17') de manière à laisser s'écouler, par gravité, le liquide de remplissage, dans les colonnes (3,4, 4') qui débouchent, à la base, dans des bacs de récupération (1,2, 2'), ouverts à l'air libre, jusqu'à la hauteur d'équilibre par rapport à la pression atmosphérique ; 2) pour évaporer le liquide à distiller dans la chambre d'évaporation (5), à utiliser une rampe de pulvérisation (15) pourvue d'injecteurs de cavitation. Le procédé en question consiste également : - lorsque le cycle de condensation commence dans les chambres (6,6'), à fermer les vannes (8,8') du circuit de vapeur et (21,21') et à ouvrir les vannes (20,20') situées sur les dérivations du liquide de refroidissement des condenseurs (7,7') provenant de la canalisation (10) ; - à faire passer le liquide à distiller au travers d'un moyen (14) de chauffage d'appoint principalement au démarrage de l'installation si la température du liquide à distiller est insuffisante ; - à utiliser des capteurs de pression (19,22, 22') aptes à commander automatiquement les diverses vannes de l'installation ainsi que la vitesse de la pompe d'alimentation ; - à utiliser une pompe d'alimentation (12) à pression variable. Selon des variantes d'utilisation dudit procédé, les colonnes de distillation (4, 4') : - sont alimentées en vapeur les unes après les autres de manière à obtenir un fonctionnement continu de l'installation ; - sont alimentées en vapeur, par groupes de colonnes, les uns après les autres de manière à obtenir un fonctionnement toujours continu de l'installation. L'installation peut également fonctionner en discontinu en alimentant en vapeur toutes les colonnes de distillation (4,4'). La hauteur de liquide dans le système, pendant le fonctionnement, peut varier entre 0 et 10 mètres pour une pression variant entre 0 et 1 bar dans les colonnes. La pression fournie par la pompe (12) ainsi que la dépression maintenue dans les colonnes (3,4, 4') provoque une importante chute de pression à la sortie des injecteurs (15). Cette différence de pression entraîne une cavitation (transformation du liquide en vapeur), la pompe à pression variable assurant le maintien des pertes de charge nécessaires aux injecteurs pour provoquer la cavitation pendant le fonctionnement, assurant ainsi une vaporisation plus importante. Une fois la vapeur condensée, le liquide est récupéré par gravité dans les bacs (2,2') et le vide initial est maintenu par l'étanchéité des colonnes. Une partie du liquide non évaporé ainsi que les sels minéraux et autres particules solides sont récupérés dans le bac (1). La forme et le volume des bacs ont été choisis de telle sorte que, même si le système atteint la pression atmosphérique, tout le volume du liquide de l'installation restera emmagasiné dans lesdits bacs. On peut également envisager l'utilisation d'un relief accidenté, avec un dénivelé de 10 mètres entre deux côtes, pour concevoir l'installation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes, en particulier dans : - le nombre de colonnes de distillation ou de liquide à distiller ; - les types de rampes de cavitation, de vannes, de condenseurs ou de pompes ; et l'étendre à d'autres applications telles que la production de vapeur et d'eau chaude pour d'autres usages ; sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1-Procédé de distillation et de concentration d'eaux usées ou de tout autre liquide dans une installation multicolonnes sous vide comprenant essentiellement : - une colonne (3) associée à une chambre de vaporisation (5) alimentée par le liquide à distiller au moyen d'une pompe (12) et d'une canalisation d'alimentation (10) pourvue d'une vanne (11) ; - plusieurs colonnes (4,4') associées à des chambres de distillation (6,6'), pourvues de condenseurs (7,7'), alimentées par la vapeur provenant de la chambre de vaporisation (5) au moyen d'une canalisation spécifique (9) ; caractérisé en ce qu'il consiste : 1) pour faire le vide préalable dans chaque colonne (3,4, 4') et chaque chambre (5,6, 6') : - à remplir l'installation de liquide pur compatible avec le liquide à distiller au moyen d'une pompe (13) et de la canalisation (9) qui comporte, en amont, une vanne générale (18) et, au niveau de chaque dérivation vers les chambres de distillation (6,6'), des vannes secondaires (8, 8') ; chaque chambre (6,6') et chaque colonne (4, 4') de distillation comportant des moyens d'expulsion des gaz (air et vapeur de liquide) ; les colonnes (3,4, 4') comportant, à la base, des vannes (16,17, 17') fermées pendant la phase de remplissage en liquide pur de l'installation ; - à fermer la vanne (18) et ouvrir les vannes (16,17, 17') de manière à laisser s'écouler, par gravité, le liquide de remplissage, dans les colonnes (3,4, 4') qui débouchent, à la base, dans des bacs de récupération (1,2, 2'), ouverts à l'air libre ; 2) pour évaporer le liquide à distiller dans la chambre d'évaporation (5), à utiliser une rampe de pulvérisation (15) pourvue d'injecteurs de cavitation. 2-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, lorsque le cycle de condensation commence dans les chambres (6,6'), à fermer les vannes (8,8') du circuit de vapeur et (21,21') et à ouvrir les vannes (20,20') situées sur les dérivations du liquide de refroidissement des condenseurs (7,7') provenant de la canalisation (10). 3-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le liquide à distiller au travers d'un moyen (14) de chauffage d'appoint. 4-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des capteurs de pression (19,22, 22') aptes à commander automatiquement les diverses vannes de l'installation ainsi que la vitesse de la pompe d'alimentation. 5-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une pompe d'alimentation (12) à pression variable. 6-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter, en vapeur, les colonnes de distillation (4,4') les unes après les autres de manière à obtenir un fonctionnement continu de l'installation. 7-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter, en vapeur, les colonnes de distillation (4,4') par groupes de colonnes les uns après les autres de manière à obtenir un fonctionnement continu de l'installation. 8-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter, en vapeur, toutes les colonnes de distillation (4,4') de manière à obtenir un fonctionnement discontinu de l'installation.