Brevet FR2976828A1 — publié le 20121228

i "Séparateur cyclonique pour machine à laver à vapeur ou évaporateur" L'invention concerne un séparateur pour un évaporateur à compression mécanique de vapeur ou une machine à laver à s vapeur. L'invention concerne plus particulièrement un séparateur, notamment pour un évaporateur à compression mécanique de vapeur ou une machine à laver à vapeur, ledit séparateur comportant une entrée d'un fluide effluent à séparer en concentrat io et en vapeur, ledit séparateur alimentant d'une part en concentrat une entrée d'une pompe de circulation à haute vitesse dont une sortie alimente sélectivement une sortie de concentrat et/ou une entrée d'un échangeur dont une sortie alimente à nouveau le séparateur, ledit séparateur alimentant d'autre part en vapeur une ls 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 préalable-ment à son introduction dans le séparateur, dont une sortie 20 permet la récupération du distillat, ledit séparateur comportant au moins un dispositif de filtration. On connaît de nombreux exemples de séparateurs de vapeur de ce type. Un tel séparateur est destiné par exemple à permettre la 25 séparation des particules d'un effluent, qu'il s'agisse d'un effluent à traiter directement ou d'un effluent prélevé en sortie d'une machine à laver industrielle, et constitué en ce cas pour l'essentiel de vapeur d'eau chargée de polluants. Un inconvénient majeur de tels séparateurs est qu'ils sont 30 soumis à l'encrassement et ne permettent pas l'arrêt des composants évaporés avec la vapeur. En effet, de tels séparateurs comportent traditionnellement un étage de séparation dit " dévésiculeur " dans lequel au moins 2 un filtre dit "à impact", constitué par exemple d'au moins un filtre en tissu tricoté, permet d'arrêter mécaniquement les particules les plus fines d'effluent. Toutefois, on a constaté que les particules d'effluents les s plus volumineuses avaient tendance à colmater les dévésiculeurs, obligeant les utilisateurs de l'évaporateur à de nombreux arrêts du séparateur à des fins de maintenance et de nettoyage. Ces nombreux arrêts diminuent la rentabilité des installations dans lesquelles de tels séparateurs sont installés. io L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un filtrage préalable des effluents de plus grande taille en proposant un séparateur comportant au moins un étage de séparation ne pouvant être bouché et permettant de filtrer les particules d'effluents les plus volumineuses. ls Dans ce but, l'invention propose un séparateur comportant au moins un étage de séparation de type cyclonique. A cet effet, l'invention propose un séparateur du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un dispositif de filtration par adsorption 20 comportant une colonne de plateaux perforés à reflux superposés qui sont destinés à séparer les composants adsorbés par l'eau résultant de la vapeur condensée, et - au moins un premier dispositif de séparation cyclonique qui est destiné à séparer des particules d'effluent en suspension 25 dans la vapeur, et qui est agencé en amont du dispositif de filtration à reflux pour éviter son colmatage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le dispositif de filtration cyclonique comporte un rotor unique de type cyclone agencé sensiblement suivant l'axe de la 30 cuve, - le dispositif de filtration cyclonique comporte une pluralité de rotors de type cyclone répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe de la cuve, 10 15 3 - chaque rotor de type cyclone comporte une partie cylindrique tubulaire intermédiaire dont une fenêtre latérale tournée radialement permet l'admission de la vapeur, au-dessus de laquelle est agencée une partie tubulaire supérieure de sortie de la vapeur, et en dessous de laquelle est agencée une partie tronconique inférieure de récupération des condensats, - le séparateur comporte une cuve tubulaire au sein de laquelle sont agencées de bas en haut : - au moins un premier étage amont comportant au moins un premier dispositif de filtration cyclonique, - un étage de filtration par adsorption comportant la colonne de plateaux perforés à reflux du dispositif de filtration à reflux, - un étage aval comportant un troisième dispositif de séparation par impact, - le séparateur comporte un nombre déterminé d'étages amonts, interposés entre le premier étage amont et l'étage de filtration à adsorption, qui comportent chacun au moins un dispositif de filtration cyclonique, 20 - chaque étage amont comporte un nombre de dispositifs de filtration cyclonique qui est inférieur au nombre de dispositifs de filtration cyclonique de l'étage amont qui lui est immédiatement supérieur, - le troisième dispositif de séparation par impact comporte 25 au moins une paroi agencée transversalement par rapport au flux de vapeur, qui est destinée à être frappée par le flux de vapeur pour arrêter les particules les plus fines d'effluent, - le troisième dispositif de séparation comporte des chicanes constituées d'une superposition de couches d'élément 30 transversaux en forme de chevron espacés les uns des autres, lesdites couches étant décalées transversalement les unes par rapport aux autres pour constituer lesdites chicanes, 4 - le troisième dispositif de séparation par impact comporte au moins un filtre en tissu tricoté pour arrêter les particules les plus fines d'effluent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention s 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 à recompression mécanique de vapeur comportant un séparateur io réalisé selon un état antérieur de la technique ; - la figure 2A est une vue schématique d'un évaporateur à recompression mécanique de vapeur comportant un séparateur réalisé selon un premier mode de réalisation du séparateur de la figure 1 ; ls - la figure 2B est une vue schématique d'un évaporateur à recompression mécanique de vapeur comportant un séparateur réalisé selon un deuxième mode de réalisation du séparateur de la figure 1 ; - les figures 3 à 7 sont des vues en coupe transversale 20 illustrant différents modes de réalisation d'étages de filtration cyclonique du séparateur, - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation de l'étage de filtration par impact du séparateur. 25 Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 un séparateur 14 agencé au sein d'un évaporateur 10 à compression mécanique de vapeur. 30 Il sera compris que cette représentation n'est pas limitative de l'invention et que le séparateur 14 pourrait prendre place dans une machine à laver à vapeur industrielle, sans changer la nature de l'invention. De manière connue, la cuve 22 comporte une entrée 12 d'un fluide effluent à traiter. Cette entrée 12 alimente une entrée 13 du séparateur 14 qui est destiné à séparer le fluide en concentrat 16 et en vapeur 18. 5 De manière connue, le séparateur 14 comporte notamment dans sa cuve 22 un étage de filtration par impact comportant un dispositif 68 de séparation par impact, constitué d'au moins une paroi 72 agencée transversalement par rapport au flux de vapeur, qui est destinée à être frappée par le flux de vapeur pour arrêter io les particules les plus fines d'effluent, et qui est constitué par exemple d'au moins un filtre 72 en tissu tricoté destiné à arrêter les particules les plus fines d'effluent. Le séparateur pourrait aussi, comme de nombreux séparateurs connus de l'état de la technique, comporter un étage 15 de séparation par adsorption, ou dévésiculeur, qui est constitué d'un empilement de plateaux perforés à reflux qui est destiné à séparer l'effluent adsorbé par la vapeur. Cette configuration n'a pas été représentée. D'une part, le séparateur 14 alimente en concentrat 16 une 20 entrée 24 d'une pompe 26 de circulation à haute vitesse 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. 25 La pompe de circulation à haute vitesse 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. 30 D'autre part, du côté de la sortie de vapeur, le séparateur 14 alimente en vapeur une entrée 38 d'un élément 40 surpresseur 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 éléments d'échange 44 de l'échangeur 34, afin d'augmenter l'enthalpie du concentrat réinjecté dans le s 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 courant, dont le rôle est de préchauffer le fluide effluent io 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 technique est que l'étage de filtration par impact ou par ls adsorption de type "dévésiculeur", lorsque que le séparateur en est pourvu, est soumis à un encrassement accéléré de la part des particules d'effluents les plus volumineuses. Ces particules ont en effet tendance à boucher le tissu du filtre 72 et/ou les perçages des plateaux perforés à reflux du dévésiculeur, obligeant les 20 utilisateurs de l'évaporateur à de nombreux arrêts du séparateur à des fins de maintenance et de nettoyage. Ces nombreux arrêts diminuent la rentabilité des installations dans lesquelles de tels séparateurs sont installés. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un 25 séparateur comportant au moins un étage de séparation ne pouvant être bouché et permettant de filtrer les particules d'effluents les plus volumineuses. Dans ce but, l'invention propose un séparateur caractérisé en ce qu'il comporte : 30 - au moins un dispositif de filtration 66 par adsorption comportant une colonne de plateaux 70 perforés à reflux superposés qui sont destinés à séparer les composants adsorbés par l'eau résultant de la vapeur condensée, et - au moins un premier dispositif 54 de séparation cyclonique qui est à destiné à séparer des particules d'effluent en suspension dans la vapeur, et qui est agencé en amont du dispositif 66 de filtration par adsorption pour en éviter le s colmatage. Une telle configuration a été représentée plus particulièrement aux figures 2A à 4. Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 2A, Le séparateur 14 peut comporter io dans sa cuve 22 un seul dispositif 54 constitué d'un seul rotor 56 de type cyclone agencé sur un seul étage suivant l'axe de la cuve 22 du séparateur. Ainsi le séparateur qui a été représenté à la figure 2A comporte une cuve 22 tubulaire au sein de laquelle sont agencées ls de bas en haut : - au moins un premier étage amont "ET1" comportant au moins un premier dispositif 54 de filtration cyclonique, - un étage de filtration "ETA" par adsorption comportant la colonne de plateaux perforés à reflux 70 du dispositif 66 de 20 filtration à reflux, - un étage aval de filtration "ETI" par impact comportant un dispositif 72 de séparation par impact. Il sera compris que le séparateur selon l'invention ne saurait se limiter à l'exemple de la figure 2A. 25 Ainsi, en variante, le séparateur de la figure 2A pourrait comporter un seul étage comportant plusieurs dispositifs 54 comportant plusieurs rotors répartis suivant différentes configurations du type de celles qui ont été représentées aux figures 3 à 7. 30 Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 2B le séparateur peut comporter un nombre déterminé d'étages amonts, interposés entre le premier étage amont "ET1" et l'étage "ETA" de filtration à adsorption, qui 8 comportent chacun au moins un dispositif 54 de séparation cyclonique. Sur la figure 2B on a représenté un séparateur comportant un deuxième étage de filtration "ET2" comportant trois dispositifs s 54 de séparation cyclonique tels que représentés par ailleurs à la figure 3. Il sera compris que le séparateur pourrait comporter un nombre supérieur d'étages de dispositifs de séparation cyclonique, par exemple un étage "ET3" comportant sept io dispositifs de séparation cyclonique, comme représenté à la figure 4 ou un étage "ET3" comportant un nombre bien supérieur de dispositifs de séparation cyclonique, comme représenté aux figures 6 et 7. Dans tous les cas, le premier étage amont "ET1" ls comportera une entrée tangentielle reliée à la sortie 36 de l'échangeur 34, qui pourrait assurer une préfitration cyclonique par centrifugation, ou une préfiltration de tout autre type connu de l'état de la technique. De préférence, on remarquera que chaque étage "ETn" 20 amont de séparation cyclonique comportera un nombre de dispositifs 54 de filtration cyclonique qui est inférieur au nombre de dispositifs 54 de filtration cyclonique de l' étage "ETn+1" amont qui lui est immédiatement supérieur. Comme l'illustrent les figures 3 et 5, les rotors 56 de type 25 cyclone peuvent être répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe de la cuve 22, comme représenté à la figure 3 qui représente un dispositif à trois rotors 56, ou à la figure 5, qui représente un dispositif à sept rotors 56. Les rotors peuvent aussi être répartis selon une répartition 30 en grille comme représentée aux figures 4, 6 et 7. Quel que soit le nombre de rotors 56 mis en oeuvre, chaque rotor 56 de type cyclone comporte une partie cylindrique 58 tubulaire intermédiaire dont une fenêtre latérale 60 tournée radialement permet l'admission de la vapeur, au-dessus de laquelle est agencée une partie tubulaire supérieure 62 de sortie de la vapeur, et en dessous de laquelle est agencée une partie tronconique 64 inférieure de récupération des condensats. s La fenêtre 60 peut être tournée radialement vers la périphérie de la partie cylindrique tubulaire 22 comme l'illustre la figure 3, ou au contraire, lorsque cela est rendu nécessaire par des considérations d'encombrement, vers l'intérieur du corps tubulaire 22 du séparateur, comme l'illustre la figure 5. io Une caractéristique essentielle de l'invention est que les étages "ET" associés aux dispositifs 54 de séparation cyclonique sont associés à la séparation des particules d'effluents de taille élevée, typiquement des particules de 2 à 5µm. Ils sont à cet effet agencé en amont du dispositif 66 de séparation par adsorption qui ls est associé à la séparation des particules d'effluents de taille intermédiaire. De cette manière, les dispositifs 54 de séparation cyclonique permettent d'éviter le colmatage dudit dispositif 66 de séparation par adsorption. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme 20 l'illustrent les figures 2A et 2B, le dispositif 66 de séparation par adsorption comporte une colonne ou superposition de plateaux 70 perforés à reflux destinés à arrêter les particules les plus fines et les composés volatils solubles adsorbés par la vapeur. On a représenté ici trois plateaux perforés 70 mais il sera 25 compris que le dispositif 66 de séparation par filtration pourrait comporter un nombre supérieur ou inférieur de plateaux. Le dispositif 68 de séparation par impact comporte au moins une paroi 72 agencée transversalement par rapport au flux de vapeur, qui est destinée à être frappée par le flux de vapeur 30 pour arrêter les particules les plus fines d'effluent. Conventionnellement, le dispositif 68 de séparation par impact comporte au moins un filtre 72 en tissu tricoté constituant 2976828 io la paroi permettant d'arrêter les particules les plus fines d'effluent. Mais, comme l'illustre la figure 5, le dispositif 68 de séparation pourrait comporter des chicanes constituées d'une s superposition de couches 74 d'élément transversaux 76 en forme de chevron espacés les uns des autres, lesdites couches 74 étant décalées transversalement les unes par rapport aux autres pour constituer lesdites chicanes. Dans toutes les configurations précédemment décrites, un io dispositif de pré-séparation cyclonique peut être adjoint au séparateur 10. Un tel dispositif (non représenté) peut être agencé entre la sortie 36 de l'échangeur 34 et le premier étage de filtration interne à la cuve 22 du séparateur. Ceci permet, par exemple, d'augmenter l'efficacité d'un séparateur compact ne ls comportant qu'un étage de filtration cyclonique. L'invention propose donc un évaporateur permettant de limiter sensiblement le colmatage des étages de filtration par des particules volumineuses d'effluent. REVENDICATIONS1. Séparateur (14), notamment pour un évaporateur (10) à compression mécanique de vapeur ou une machine à laver à vapeur, ledit séparateur (14) comportant une entrée (12) d'un s fluide effluent à séparer en concentrat (16) et en vapeur (18), ledit séparateur alimentant d'une part en concentrat une entrée (24) d'une pompe (26) de circulation à haute vitesse dont une sortie (28) alimente sélectivement une sortie (30) de concentrat et/ou une entrée (32) d'un échangeur (34) dont une sortie (36) io alimente 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 de l'échangeur (34) pour transformer la vapeur en un distillat qui alimente une entrée (46) d'un échangeur ls (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, ledit séparateur comportant au moins un dispositif de filtration, caractérisé en ce qu'il comporte une cuve (22) à lintérieur 20 de laquelle sont agencés : - au moins un dispositif (66) de filtration par adsorption comportant une colonne de plateaux (70) perforés à reflux superposés qui sont destinés à séparer les composants adsorbés par l'eau résultant de la vapeur condensée, et 25 - au moins un premier dispositif (54) de séparation cyclonique qui est à destiné à séparer des particules d'effluent en suspension dans la vapeur, et qui est agencé en amont du dispositif de filtration par adsorption pour en éviter le colmatage. 2. Séparateur selon la revendication précédente, 30 caractérisé en ce que le dispositif (54) de filtration cyclonique comporte un rotor unique (56) de type cyclone agencé sensiblement suivant l'axe de la cuve (22).12 3. Séparateur (14) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (54) de filtration cyclonique comporte une pluralité de rotors (56) de type cyclone répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe de la cuve (22). s 4. Séparateur (14) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé (58) en ce que chaque rotor (56) de type cyclone comporte une partie cylindrique tubulaire intermédiaire dont une fenêtre latérale (60) tournée radialement permet l'admission de la vapeur, au-dessus de laquelle est agencée une partie tubulaire 10 supérieure (62) de sortie de la vapeur, et en dessous de laquelle est agencée une partie tronconique inférieure (64) de récupération des condensats. 5. Séparateur (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cuve (22) tubulaire comporte de bas en 1s haut : - au moins un premier étage amont comportant au moins un premier dispositif (56) de filtration cyclonique, - un étage de filtration par adsorption comportant la colonne de plateaux perforés à reflux du dispositif (66) de 20 filtration à reflux, - un étage aval de filtration par impact comportant un dispositif (72) de séparation par impact. 6. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre déterminé d'étages 25 amonts, interposés entre le premier étage amont et l'étage de filtration à adsorption, qui comportent chacun au moins un dispositif (56) de filtration cyclonique. 7. Séparateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque étage amont comporte un nombre 30 de dispositifs (56) de filtration cyclonique qui est inférieur au nombre de dispositifs (56) de filtration cyclonique de l'étage amont qui lui est immédiatement supérieur.13 8. Séparateur (14) selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le dispositif (68) de séparation par impact comporte au moins une paroi (72, 76) agencée transversalement par rapport au flux de vapeur, qui est destinée à être frappée par s le flux de vapeur pour arrêter les particules les plus fines d'effluent. 9. Séparateur (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif (68) de séparation comporte des chicanes constituées d'une superposition de couches (74) 10 d'élément transversaux (76) en forme de chevron espacés les uns des autres, lesdites couches (74) étant décalées transversale-ment les unes par rapport aux autres pour constituer lesdites chicanes. 10. Séparateur (14) selon la revendication 8, caractérisé 15 en ce que le dispositif (68) de séparation par impact comporte au moins un filtre (72) en tissu tricoté pour arrêter les particules les plus fines d'effluent.