Brevet FR2956591A1 — publié le 20110826

La présente invention concerne un dispositif d'évaporation d'un liquide de traitement, notamment bien que non exclusivement l'extraction de peroxyde d'hydrogène à partir d'une solution de peroxyde d'hydrogène. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On sait que le peroxyde d'hydrogène est utilisé notamment pour la stérilisation de récipients préalablement à un remplissage aseptique des récipients. Toutefois le peroxyde d'hydrogène est considéré comme un élément polluant et il existe donc des normes précises sur les quantités résiduelles admissibles lorsque le récipient est destiné à contenir des produits alimentaires. Pour satisfaire à ces normes les récipients doivent être traités avec un gaz de traitement exempt de gouttelettes de liquide. Il est connu d'extraire le peroxyde d'hydrogène d'une solution de peroxyde d'hydrogène en provoquant une évaporation de la solution. Il est connu en particulier du document US 4 631 173 de pulvériser une solution de peroxyde d'hydrogène dans un courant d'air puis de mettre le flux obtenu en contact avec la paroi interne d'un tube chauffé. Toutefois pour que l'ensemble de la solution soit à l'état de vapeur il est nécessaire de prévoir un tube d'une grande longueur, ce qui implique un encombrement important de l'installation. En outre la solution dépose à l'intérieur du tube des résidus solides qui sont inaccessibles et donc difficiles à éliminer. Il est également connu du document WO 91/17804 de réaliser un évaporateur comportant une enceinte cylindrique ayant une paroi chauffée dans laquelle un mélange liquide est introduit sous forme pulvérisée au moyen d'un gicleur de liquide disposé pour introduire le liquide de pulvérisé selon un mouvement cyclonique à l'intérieur de l'enceinte. Toutefois cet évaporateur est destiné à assurer une distillation d'une partie du mélange et sa structure ne permet pas d'obtenir une transformation du liquide en un flux purement gazeux. OBJET DE L'INVENTION Un objet de l'invention est de proposer un dispositif de structure simple permettant une extraction d'un gaz de traitement à partir d'un liquide de traitement de façon fiable tant du point de vue de l'extraction du gaz sans entraînement de liquide que du point de vue du fonctionnement du dispositif. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but on propose selon l'invention un dispositif d'évaporation d'un liquide de traitement comportant une enceinte cylindrique ayant un orifice de sortie débouchant à l'extrémité supérieure de l'enceinte, l'enceinte étant disposée verticalement et ayant une paroi interne chauffée, et des moyens pour introduire le liquide de traitement dans l'enceinte selon un mouvement cyclonique en contact avec la paroi interne de l'enceinte, dans lequel les moyens d'introduction comprennent au moins un gicleur de liquide associé à une buse de soufflage d'air sous pression pour réaliser un jet de mélange d'air et de liquide de traitement pulvérisé selon une direction tangentielle à la paroi interne de l'enceinte, chaque gicleur de liquide et la buse de soufflage associée étant disposés pour que le jet de mélange soit formé dans une partie supérieure de l'enceinte en étant incliné vers le bas. Ainsi le mélange descend de façon cyclonique jusqu'au fond de l'enceinte puis remonte également selon un mouvement cyclonique au centre de l'enceinte de sorte que les gouttes de liquide de traitement sont soumises à une force centrifuge les ramenant vers la paroi chaude pendant un temps suffisant pour que le flux de sortie soit exempt de toute gouttelette. 2956591 ,3 Selon une version avantageuse de l'invention l'enceinte comporte une collerette s'étendant en saillie vers l'intérieur entre les gicleurs de liquide et 5 l'orifice de sortie. On évite ainsi toute remontée de liquide le long de la paroi interne de l'enceinte. Selon un autre aspect avantageux de l'invention le dispositif comporte au moins une buse de soufflage supplémentaire, ce qui permet de faire varier à volonté 10 la quantité de produit de traitement finalement comprise dans le flux s'écoulant à la sortie. De préférence une buse de soufflage supplémentaire est associée à chaque gicleur de liquide et est disposée par rapport à celui-ci pour diriger le jet de mélange vers le bas. On évite 15 ainsi que des gouttelettes soient projetées vers le haut à la sortie du gicleur de liquide. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description 20 qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif du dispositif selon l'invention, en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective en coupe du dispositif selon l'invention par un plan axial 25 vertical de l'enceinte - la figure 2 est une vue partielle en perspective en coupe selon un plan vertical axial d'un gicleur de liquide et de la buse de soufflage associée DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 En référence aux figures, le dispositif selon l'invention comporte une enceinte 1 cylindrique de section droite circulaire ayant un fond concave, ici curviligne. La paroi latérale 2 est réalisée sous forme d'une double paroi comprenant une paroi interne 3 et une 35 paroi externe 4 délimitant un espace 5. L'espace 5 est fermé à son extrémité supérieure par une bague annulaire 8 qui sert également de support à des moyens d'introduction du liquide de traitement dont la structure sera détaillée ci-dessous. Une circulation de vapeur d'eau dans l'espace 5 est réalisée en introduisant de la vapeur d'eau V par un raccord de connexion d'introduction de vapeur 6 à la base de l'enceinte et en extrayant la vapeur V par un raccord de connexion de sortie de vapeur 7 porté par la bague 8 dans une position angulaire décalée du raccord de connexion 6, ici dans une position diamétralement opposée, afin de forcer la vapeur à circuler autour de la paroi interne 3 dans l'espace 5 entre la paroi interne 3 et la paroi externe 4 selon un mouvement en hélice. À la bague 8 est associée une bague annulaire 14 qui est fixée de façon amovible étanche à la bague 8 par des moyens de fixation non représentés. La bague 14 supporte le couvercle 15 de l'enceinte formé d'une double paroi percée à sa partie supérieure d'un orifice de sortie 16 dans lequel est monté de façon étanche un conduit de sortie 17 convenablement relié à des dispositifs d'utilisation du produit de traitement obtenu. Le dispositif comporte en outre des gicleurs de liquide 9 portés par la bague 8. Chaque gicleur de liquide 9 est formé d'une aiguille creuse ayant une extrémité 12 s'étendant à l'intérieur de l'enceinte et percée d'un orifice de sortie et une extrémité 16 s'étendant à l'extérieur de l'enceinte et convenablement reliée par un raccord 17 à un circuit d'alimentation représenté servant à alimenter les gicleurs de liquide 9 en liquide de traitement L, ici une solution de peroxyde d'hydrogène. A chaque gicleur de liquide 9 est associée une buse de soufflage 10 s'étendant coaxialement au gicleur 9 correspondant. L'orifice de sortie 11 de chaque buse 10 est adjacent à l'orifice de sortie 12 du gicleur 9 correspondant, légèrement en retrait par rapport à celui-ci. À l'extérieur de l'enceinte la buse de soufflage 10 est reliée par un raccord 18 à une source d'air sous pression pour injecter de l'air sous pression A dans la buse de soufflage. L'orifice de sortie 11 de la buse de soufflage 10 est disposé par rapport à l'orifice de sortie 12 du gicleur 9 pour provoquer une pulvérisation du liquide sortant du gicleur 9 et entraîner le liquide pulvérisé selon un jet tangentiel à la paroi interne 3 de l'enceinte 1. Les gicleurs 9 et les buses de soufflage 10 associées sont inclinées vers le bas d'un angle suffisant pour provoquer un mouvement cyclonique vers le bas du jet de mélange de gouttelettes de liquide pulvérisé et d'air. En pratique l'angle d'inclinaison des gicleurs 9 et des buses de soufflage associées 10 est compris entre le 10° et 20°, de préférence voisin de 10°. Dans le mode de réalisation préféré illustré une buse de soufflage supplémentaire 19 est associée à chaque gicleur de liquide 9 et est disposée par rapport au gicleur de liquide 9 pour dévier vers le bas le mélange de liquide pulvérisé et d'air produit par le gicleur de liquide 9 et la buse de soufflage 10 associée. À cet effet chaque buse de soufflage supplémentaire 19 est de préférence disposée en aval du gicleur de liquide 9 correspondant par référence au jet de mélange et a une inclinaison légèrement plus forte que le gicleur de liquide 9, par exemple selon un angle de 15° à 30°. Les buses de soufflage supplémentaire 19 sont alimentées par un conduit circulaire 20 réalisé par la mise en coïncidence de deux rainures formées dans les brides 8 et 14. Le conduit circulaire 20 est convenablement relié par un raccord 21 à une source d'air A extérieure. Une collerette annulaire 22 réalisée à la partie supérieure de la bride 8 s'étend en saillie vers l'intérieur de l'enceinte entre les gicleurs de liquide 9 et l'orifice de sortie 16 et évite une remontée de liquide le long de la paroi 3. Lors de la mise en oeuvre du dispositif des jets de mélange que liquide pulvérisé se propagent de façon hélicoïdale comme illustré par un trait mixte sur la figure 1 en relation avec un gicleur de liquide 9 et les buses de soufflage 10 et 19 associées. Le jet de mélange se propage tout d'abord vers le bas en étant en contact avec la paroi chaude 3 puis remonte dans la partie centrale. Les gouttes de liquide qui pourrait éventuellement rester dans le flux gazeux remontant vers l'orifice de sortie sont soumises à une force centrifuge les ramenant en contact avec la paroi chaude 3. Lorsque le mélange atteint le conduit de sortie 17, ce mélange comporte donc du peroxyde d'hydrogène sous forme de gaz totalement exempt de gouttelettes et ce gaz peut donc servir de façon satisfaisante à la stérilisation de récipients destinés à recevoir des produits alimentaires. Selon un autre aspect de l'invention le dispositif comporte à sa partie inférieure un orifice 23 d'introduction et d'évacuation d'un liquide de nettoyage associé par l'intermédiaire d'une vanne 24 à un conduit d'alimentation et de vidange de 25. En outre un tube de trop-plein 26 est disposé à l'intérieur de l'enceinte et s'étend de façon axiale. Le tube de trop-plein 26 a une extrémité supérieure s'étendant à un niveau au moins identique, et de préférence légèrement supérieur à l'extrémité inférieure 12 des gicleurs de liquide 9 comme cela est visible sur la figure 2. À son extrémité inférieure le tube de trop-plein 26 traverse le fond de l'enceinte et est maintenu fermé par une vanne 27 pendant le fonctionnement du dispositif. Lors du fonctionnement de l'évaporateur des résidus solides se déposent sur la paroi 3 et dans le fond de l'enceinte. Lors du nettoyage les vannes 23 et 27 sont ouvertes et un produit de nettoyage acide est introduit par l'orifice 23 jusqu'à ce que le liquide atteigne l'extrémité supérieure du tube de trop-plein 26. Le produit de nettoyage assure ainsi une dissolution des résidus solides non seulement sur la paroi 3 et dans le fond de l'enceinte mais également sur l'extrémité 12 des gicleurs 9. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation illustré et est susceptible de variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que le dispositif selon l'invention était été illustré avec des buses de soufflage supplémentaires 19, ce qui permet de faire varier à volonté la teneur en peroxyde d'hydrogène du mélange gazeux sortant de l'évaporateur, on peut prévoir un dispositif comprenant seulement les gicleurs de liquide 9 et les buses de soufflage 10 associées. Bien que l'invention était été illustrée avec plusieurs gicleurs de liquide 9, on peut réaliser un dispositif comportant un seul gicleur de liquide 9 et la buse de soufflage 10 associée. Bien que dans le mode de réalisation illustré les gicleurs de liquide 9 soient tous disposés au même niveau dans l'enceinte, on peut prévoir que disposer et les gicleurs de liquide à différents niveaux afin d'assurer un décalage des jets de mélange. Dans ce cas il conviendra de prévoir un dispositif de nettoyage différent de celui qui a été illustré afin de ne pas polluer les gicleurs de liquide et les buses de soufflage associées avec du produit de nettoyage. Bien que l'enceinte 1 ait été illustrée sous forme d'un cylindre de section circulaire ayant une paroi interne lisse, le dispositif selon l'invention peut également être réalisé avec une enceinte comportant une paroi interne ayant une forme quelconque et/ou dont la surface interne présente un état de surface non lisse, par exemple avec des cannelures pour provoquer des turbulences au sein du flux généré par les buses de soufflage 10. Le chauffage de l'enceinte peut être réalisé par un serpentin entourant l'enceinte à l'extérieur de celle-ci. Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement pour une extraction du peroxyde d'hydrogène, le dispositif de l'invention peut également être utilisé pour d'autres liquides de traitement. Bien que l'invention ait été décrite avec des gicleurs s'étendant coaxialement aux buses de soufflage, on peut réaliser l'invention avec des gicleurs s'étendant perpendiculairement à la paroi et des buses de soufflage disposées perpendiculairement à l'extrémité des gicleurs. REVENDICATIONS1. Dispositif d'évaporation d'un liquide de traitement comportant une enceinte cylindrique (1) ayant un orifice de sortie (16) débouchant à l'extrémité supérieure de l'enceinte, l'enceinte étant disposée verticalement et ayant une paroi interne (3) chauffée, et des moyens pour introduire le liquide de traitement dans l'enceinte selon un mouvement cyclonique en contact avec la paroi interne de l'enceinte, caractérisé en ce que les moyens d'introduction comprennent au moins un gicleur de liquide (9) associé à une buse de soufflage d'air sous pression (10) pour réaliser un jet de mélange d'air et de liquide de traitement pulvérisé selon une direction tangentielle à la paroi interne de l'enceinte, chaque gicleur de liquide et la buse de soufflage associée étant disposés pour que le jet de mélange soit formé dans une partie supérieure de l'enceinte en étant incliné vers le bas. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte cylindrique (1) à un fond concave. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une collerette (22) s'étendant en saillie vers l'intérieur de l'enceinte entre ledit au moins un gicleur de liquide(9) et l'orifice de sortie (16). 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une buse de soufflage supplémentaire (19). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite au moins une buse de soufflage supplémentaire (19) est disposée par rapport au dit au moins un gicleur de liquide (9) pour repousser le jet de mélange vers le bas. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite au moins une buse de soufflage supplémentaire (19) est disposée en aval dudit au moins un gicleur de liquide par référence au jet de mélange, et que ladite au moins une buse de soufflage supplémentaire (19) a une inclinaison plus forte que ledit au moins un gicleur de liquide. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs gicleurs du liquide (9) chacun associé à une buse de soufflage d'air (10) et à une buse de soufflage supplémentaire (19). 8. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de nettoyage (23) débouchant dans le fond de la cuve. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit de trop-plein (26) s'étendant verticalement à partir du fond de la cuve. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le conduit de trop-plein a une extrémité supérieure s'étendant à un niveau au moins identique à une extrémité inférieure (12) dudit au moins un gicleur de liquide (9).