Brevet FR2928276A1 — publié le 20090911

"Evaporateur à compression mécanique de vapeur comportant un dispositif de détente en entrée de séparateur" L'invention concerne un évaporateur à compression mécanique de vapeur. L'invention concerne plus particulièrement un évaporateur à compression mécanique de vapeur, du type qui comporte une entrée d'un fluide effluent à traiter alimentant un séparateur qui est destiné à séparer le fluide en concentrat et en vapeur, ledit séparateur comportant un dévésiculeur destiné à séparer des io particules d'effluent de la vapeur obtenue, ledit séparateur alimentant d'une part en concentrat une entrée d'une pompe de circulation à haute pression dont une sortie alimente sélectivement une sortie de concentrat et une entrée d'un échangeur dont une sortie alimentant à nouveau le séparateur, 15 ledit séparateur alimentant d'autre part en vapeur une entrée d'un élément surpresseur dont une sortie débite la vapeur au travers d'éléments d'échange de l'échangeur pour transformer la vapeur en un distillat qui alimente une entrée d'un échangeur à contre-courant destiné à réchauffer le fluide effluent 20 préalablement à son introduction dans le séparateur, dont une sortie permet la récupération du distillat. On connaît de nombreux exemples d'évaporateurs à compression mécanique de vapeur de ce type. Un tel évaporateur présente un problème récurrent 25 consistant en la formation spontanée de mousse dans le séparateur. En effet, la pompe de circulation à haute pression à pour rôle de faire circuler à haute vitesse le concentrat d'effluent à traiter, par exemple de l'eau sale, à travers les éléments 30 d'échange de l'échangeur afin d'éviter que l'effluent n'y stagne et n'y laisse des dépôts par un phénomène bien connu de cuisson. L'inconvénient de cette haute pression est que le concentrat débité par l'échangeur pénètre sous haute pression 2 dans le séparateur au droit d'une buse, avec pour conséquence la formation de mousse et de bulles. En particulier, de la mousse se forme au dessus du niveau de concentrat dans le séparateur et des bulles se forment sous le niveau de concentrat dudit séparateur. La mousse pollue le séparateur, et notamment les vapeurs qui alimentent l'élément surpresseur avant d'être introduites entre les éléments de l'échangeur pour former le distillat. Les bulles présentes dans le concentrat peuvent, quant à io elles, être réaspirées par la pompe à haute pression et entraîner des phénomènes de cavitation dans la pompe. Conventionnellement, un tel échangeur comporte une entrée dans le corps du séparateur qui est destinée à permettre l'introduction d'un composé anti-mousse permettant partiellement 15 de remédier à cet inconvénient. Cette solution ne permet d'éviter que partiellement la formation de mousse et est de surcroît onéreuse. Par ailleurs, elle n'empêche pas la formation de bulles. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un 20 évaporateur pourvu de moyens mécaniques destinés à éviter la formation de mousse et de bulles. Dans ce but, l'invention propose un évaporateur du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'un dispositif de détente est interposé entre une sortie de l'échangeur et une 25 entrée du séparateur pour limiter la pression du concentrat issu de l'échangeur avant sa réintroduction dans le séparateur, afin de limiter les phénomènes de formation de mousse et de bulles dans le séparateur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 30 - le dispositif de détente comporte au moins un élément de restriction de débit, 3 - l'élément de restriction de débit est interposé à la jonction d'un premier conduit relié à la sortie de l'échangeur et d'un second conduit d'entrée du séparateur, - le premier conduit comporte une collerette de fixation d'un diamètre correspondant à une collerette de fixation du second conduit, lesdits conduits étant assemblés l'un à l'autre par l'intermédiaire de brides annulaires, d'un diamètre interne supérieur au diamètre externe des conduits et inférieur au diamètre des collerettes, qui prennent appui au dos des io collerettes associées et sont serrées l'une contre l'autre au moyen de vis, et l'élément de restriction de débit comporte au moins une rondelle, d'un diamètre extérieur correspondant à celui des collerettes et d'un diamètre intérieur inférieur au diamètre interne des conduits, qui est interposée entre les collerettes et 15 serrée entre lesdites collerettes par les brides, - un joint d'étanchéité est interposé entre chaque face de la rondelle et la collerette du premier ou second conduit, - le second conduit d'entrée du séparateur débouche à l'intérieur du corps cylindrique dudit séparateur par l'intermédiaire 20 d'une buse de pulvérisation agencée sensiblement à mi hauteur du corps du séparateur, - la buse de pulvérisation comporte une extrémité du second conduit, orientée verticalement vers le bas, qui débouche au travers d'un premier flasque annulaire, en regard duquel est 25 agencé avec jeu un second flasque annulaire de même diamètre, pour assurer une pulvérisation radiale du concentrat entre les flasques de manière à l'orienter radialement contre les parois internes du corps du séparateur afin d'éviter la formation de mousse à l'intérieur séparateur, 30 - l'élément surpresseur est constitué d'un compresseur, notamment à lobes, - les éléments de l'échangeur sont des tubes, notamment horizontaux. 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un évaporateur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de côté d'un évaporateur selon l'invention illustrant la disposition du dispositif de détente et de la buse de pulvérisation ; io - la figure 3 est une vue de détail représentant le dispositif de détente correspondant au repère III de la figure 2 ; Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. 15 On a représenté à la figure 1 un évaporateur 10 à compression mécanique de vapeur. De manière connue, l'évaporateur 10 comporte une entrée 12 d'un fluide effluent à traiter. Cette entrée 12 alimente un séparateur 14 qui est destiné à séparer le fluide en concentrat 16 20 et en vapeur 18. Le séparateur 14 comporte notamment dans son corps 22 un dévésiculeur 20 qui est destiné à séparer des particules d'effluent de la vapeur 18 obtenue. D'une part, le séparateur 14 alimente en concentrat 16 une 25 entrée 24 d'une pompe 26 de circulation à haute pression dont une sortie 28 alimente sélectivement une sortie 30 de concentrat et/ou une entrée 32 d'un échangeur 34 dont une sortie 36 alimente à nouveau en concentrat le séparateur 14, ceci afin de réduire encore le concentrat. 30 La pompe de circulation à haute pression a pour rôle de faire circuler à haute vitesse le concentrat d'effluent à traiter, par exemple de l'eau sale, à travers les éléments 44 d'échange de l'échangeur 34 afin d'éviter que l'effluent n'y stagne et n'y laisse des dépôts par un phénomène bien connu de cuisson. D'autre part, du côté de la sortie de vapeur, le séparateur 14 alimente en vapeur une entrée 38 d'un élément 40 surpresseur 5 dont une sortie 42 débite la vapeur au travers d'éléments d'échange 44 de l'échangeur 34. La mise en surpression de la vapeur dans l'élément 40 surpresseur permet d'augmenter l'enthalpie de la vapeur, qu'elle peut alors restituer aux élément d'échange 44 de l'échangeur 34, io afin d'augmenter l'enthalpie du concentrat réinjecté dans le séparateur 14. La vapeur circulant entre les éléments d'échange 44 de l'échangeur 34 se condense en un distillat. Ce distillat alimente une dernière fois une entrée 46 d'un échangeur 48 à contre 15 courant, dont le rôle est de préchauffer le fluide effluent préalablement à son introduction dans le séparateur 14. Une sortie 50 de l'échangeur à contre-courant permet la récupération du distillat. L'inconvénient de cette conception connue de l'état de la 20 technique est que le concentrat débité par l'échangeur 34 pénètre sous haute pression dans le séparateur 14, avec pour conséquence la formation de mousses ou bulles qui polluent le séparateur 14, et notamment les vapeurs 18, avec pour risque de polluer le dévésiculeur 20 et l'élément surpresseur 40. Ceci risque 25 de conduire à la formation de bulles dans le conduit d'entrée 24 alimentant la pompe 26. Conventionnellement, il est remédié à cet inconvénient par l'adjonction d'un composé anti-mousse, qui est introduit dans le corps 22 du séparateur 14 au moyen d'une entrée 52 reliée à un 30 réservoir 53 de composé anti-mousse. Cette conception ne remédie néanmoins qu'imparfaitement au problème et se révèle de surcroît fort onéreuse. 6 Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un évaporateur 10 pourvu de moyens mécaniques destinés à limiter la formation de mousse et de bulles dans le séparateur et de faciliter ainsi l'évaporation dans l'ensemble de la tuyauterie de l'évaporateur 10. Dans ce but, l'invention propose un évaporateur 10 du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'un dispositif 54 de détente est interposé entre la sortie 36 de l'échangeur 34 et une entrée 57 du séparateur 14 pour limiter la pression du concentrat io issu de l'échangeur 34 avant sa réintroduction dans le séparateur 14, afin de limiter les phénomènes de formation de mousse dans le séparateur 14. Plus particulièrement, le dispositif 54 de détente comporte au moins un élément de restriction de débit. 15 Cette configuration n'est pas limitative de l'invention, et d'autres moyens pourraient être utilisés pour limiter la pression issue de l'échangeur 34. Comme l'illustre la figure 2, l'élément 54 de restriction de débit est interposé à la jonction d'un premier conduit 56 relié à la 20 sortie de l'échangeur et d'un second conduit 58 d'entrée alimentant l'entrée 57 du séparateur 14. Comme l'illustre la figure 3, le premier conduit 56 comporte une collerette 60 de fixation d'un diamètre correspondant à une collerette 62 de fixation du second conduit 58, lesdits conduits 25 étant assemblés l'un à l'autre par l'intermédiaire de brides annulaires 65, 66 associées, d'un diamètre interne D60 supérieur au diamètre externe D5658 des conduits 56, 58 et inférieur au diamètre D6062 des collerettes 60, 62, qui prennent appui au dos des collerettes 60, 62 associées et sont serrées l'une contre 30 l'autre au moyen de vis (non représentées) d'axe "V". L'élément de restriction de débit comporte au moins une rondelle 64, d'un diamètre extérieur correspondant au diamètre 7 D6062 des collerettes 60, 62 et d'un diamètre intérieur D64 inférieur au diamètre interne d5658 des conduits 56, 58. Cette rondelle 64 est interposée entre les collerettes 60, 62 et elle est serrée entre lesdites collerettes 60, 62 par les brides 65, 66. Avantageusement, un joint d'étanchéité 68, 70 est interposé entre chaque face de la rondelle 64 et la collerette 60, 62 du premier ou second conduit 56, 58. Par ailleurs, comme l'illustre la figure 2, le second conduit io d'entrée 58 du séparateur débouche à l'intérieur du corps cylindrique 22 dudit séparateur 14 par l'intermédiaire d'au moins une buse 72 de pulvérisation agencée sensiblement à mi-hauteur du corps 22 du séparateur 14. Sur la figure 2, on a représenté une buse 72 unique, mais 15 cette configuration n'est pas limitative de l'invention. Chaque buse de pulvérisation 72 est elle aussi avantageusement conformée pour éviter la formation de mousse. A cet effet, chaque buse 72 comporte une extrémité 74 du second conduit 58, orientée verticalement vers le bas, qui 20 débouche au travers d'un premier flasque annulaire 76. En regard de ce premier flasque annulaire 76 est agencé avec jeu un second flasque annulaire 78 de même diamètre. Cette configuration permet d'assurer une pulvérisation radiale du concentrat entre les flasques 76, 78, comme représenté par les 25 flèches de la figure 2, de manière à l'orienter radialement contre les parois internes 80 du corps 22 du séparateur 14. Le concentrat lèche ainsi lesdites parois 80, ce qui permet d'éviter la formation de mousse à l'intérieur du séparateur 14. On remarquera que dans le mode de réalisation préféré de 30 l'invention, l'élément surpresseur 40 est constitué d'un compresseur, notamment à lobes. Cette conception n'est pas limitative de l'invention, le surpresseur 40 pouvant aussi être un surpresseur à canal latéral. 8 On remarquera aussi que les éléments 44 de l'échangeur 34 sont de préférence des tubes horizontaux, qui permettent de limiter l'encrassement. L'invention propose donc un évaporateur permettant de limiter sensiblement la formation de mousse et de bulles dans le séparateur 14 et donc de limiter la pollution du distillat 14 et de l'ensemble des éléments au sein duquel il circule. REVENDICATIONS 1. Evaporateur (10) à compression mécanique de vapeur, du type qui comporte une entrée (12) d'un fluide effluent à traiter alimentant un séparateur (14) qui est destiné à séparer le fluide en concentrat (16) et en vapeur (18), ledit séparateur (14) comportant un dévésiculeur (20) destiné à séparer des particules d'effluent de la vapeur obtenue, ledit séparateur alimentant d'une part en concentrat une entrée (24) d'une pompe (26) de circulation à haute pression dont une sortie (28) alimente io sélectivement une sortie (30) de concentrat et/ou une entrée (32) d'un échangeur (34) dont une sortie (36) alimentant à nouveau le séparateur (14), ledit séparateur (14) alimentant d'autre part en vapeur une entrée (38) d'un élément surpresseur (40) dont une sortie (36) débite la vapeur au travers d'éléments (44) d'échange 15 de l'échangeur (34) pour transformer la vapeur en un distillat qui alimente une entrée (46) d'un échangeur (48) à contre-courant destiné à réchauffer le fluide effluent préalablement à son introduction dans le séparateur (14), dont une sortie (50) permet la récupération du distillat, 20 caractérisé en ce qu'un dispositif (54) de détente est interposé entre la sortie (36) de l'échangeur et une entrée (57) du séparateur (14) pour limiter la pression du concentrat issu de l'échangeur (34) avant sa réintroduction dans le séparateur (14), afin de limiter les phénomènes de formation de mousse et de 25 bulles dans le séparateur (14). 2. Evaporateur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (54) de détente est constitué d'au moins un élément de restriction de débit. 3. Evaporateur (10 )selon la revendication précédente, 30 caractérisé en ce que l'élément (54) de restriction de débit est interposé à la jonction d'un premier conduit (56) relié à la sortie de l'échangeur (34) et d'un second conduit d'entrée (58) du séparateur (14). i0 4. Evaporateur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier conduit (56) comporte une collerette (60) de fixation d'un diamètre correspondant à une collerette (62) de fixation du second conduit (58), lesdits conduits (58, 60) étant assemblés l'un à l'autre par l'intermédiaire de brides annulaires (65, 66), d'un diamètre interne (D60) supérieur au diamètre externe (D5658) des conduits (56, 58) et inférieur au diamètre (D6062) des collerettes (60, 62), qui prennent appui au dos des collerettes associées (60, 62) et sont serrées l'une contre io l'autre au moyen de vis, et en ce que l'élément de restriction de débit comporte au moins une rondelle (64), d'un diamètre extérieur correspondant au diamètre (D6062) des collerettes (60, 62) et d'un diamètre intérieur (D64) inférieur au diamètre interne (d5658) des conduits (56, 58), qui est interposée entre les 15 collerettes (60, 62) et serrée entre lesdites collerettes par les brides (65, 66). 5. Evaporateur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (68, 70) est interposé entre chaque face de la rondelle (64) et la collerette (60, 62) du 20 premier ou second conduit (56, 58). 6. Evaporateur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second conduit d'entrée (58) du séparateur débouche à l'intérieur du corps cylindrique (22) dudit séparateur (14) par l'intermédiaire d'au moins une buse 25 (72) de pulvérisation agencée sensiblement à mi-hauteur du corps (22) du séparateur (14). 7. Evaporateur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la buse (72) de pulvérisation comporte une extrémité (74) du second conduit (58), orientée verticalement vers 30 le bas, qui débouche au travers d'un premier flasque annulaire (76), en regard duquel est agencé avec jeu un second flasque (78) annulaire de même diamètre, pour assurer une pulvérisation radiale du concentrat entre les flasques (76, 78) de manière à 2928276 Il l'orienter rad ialement contre les parois internes (80) du corps (22) du séparateur (14) afin d'éviter la formation de mousse à l'intérieur du séparateur (14). 8. Evaporateur (10) selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément surpresseur (40) est constitué d'un compresseur, notamment à lobes. 9. Evaporateur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments io d'échange (44) de l'échangeur (34) sont des tubes, notamment horizontaux.