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SOC. ING. G. MASCARINI, résidant à MILAN ( Italie ).
INSTALLATION DE DISTILLATION A THERMOCOMPRESSION POUR SOLUTIONS MEME
CHARGEES ET MOUSSEUSES.
Dans les installations ordinaires de distillation à thermocompres- sion, où l'évaporateur est placé au-dessus d'un échangeur de chaleur fonction- nant également comme condenseur de la vapeur distillée et comprimée, on enre- gistre généralement un dépôt salin continu sur les surfaces actives des ap- pareils, dépôt qui diminue progressivement leur capacité d'échange thermique jusqu'à l'annuler complètement, ou presque,
L'inconvénient est particulièrement grave lorsque, dans le cycle à thermocompression, l'échange thermique est réalisé par des différences lé- gères de température ou encore lorsque les solutions à distiller ou à con- centrer sont très chargées en sels ou simplement visqueuses.
Pour réduire au maximum la formation de tels dépôts, on a souvent recours au traitement préliminaire des solutions à distiller ou à concentrer en utilisant des procédés connus, soit d'échange de bases, par exemple chaux et soude, soit électroniques et similaires.
Mais, à part le fait qu'un traitement préliminaire de cette nature n'est pas applicable à tous les liquides à distiller, il convient d'observer que les sels sont toujours présents dans les solutions traitées, ce qui fait qu'après le traitement, surtout avec le procédé d'échange de bases, elles deviennent très mousseuses.
Dans toutes les installations ordinaires, il est donc nécessaire de procéder, à brefs intervalles, au nettoyage des appareils par des procédés mécaniques ou chimiques, toujours coûteux, délicats et préjudiciables à la durée même des appareils nettoyés.
Le problème de garder les appareils exempts de dépôts ou d'incrus-
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tations est parfaitement résolu dans l'installation de distillation à ther- mocompression qui fait l'objet de la présente invention.
Cette installation est caractérisée par le fait que l'évaporateur est situé en position surélevée par rapport au condenseur de telle manière que la surface d'évaporation soit donnée par la somme des sections du conden- seur et de l'évaporateur, dont le fond est relié par une conduite appropriée au collecteur inférieur du condenseur.
De cette façon la grande surface d'évaporation, outre qu'elle augmente sensiblement la production de l'installation dans l'unité de temps offre l'avantage considérable d'assurer une circulation très rapide du liqui- de à distiller ou à concentrer, circulation qui évite l'entartrage des sur- faces d'échange tout en améliorant les conditions d'échange thermique en proportion de la vitesse des fluides.
Enfin, dans le fond de l'évaporateur, il se produit un mouvement tourbillonnant qui aspire la mousse éventuelle de la surface.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le récupérateur des calories du distillé et du concentré, dont est munie l'installation, com- porte deux faisceaux tubulaires distincts aptes à la circulation en contre- courant du concentré d'une part et du liquide allant à l'évaporateur d'autre part, en réservant l'espace compris entre les tubes des deux faisceaux à la circulation du distillé lequel sert de support de transmission de la chaleur entre les deux liquides circulant dans les deux faisceaux tubulaires.
Cette disposition offre l'avantage de faire circuler les liquides denses ou entartrants à l'intérieur des tubes et comme ceux-ci sont facile- ment accessibles l'inconvénient de l'entartrage est très réduit. A l'exté- rieur des tubes,au contraire, il ne peut y avoir de dépôt quelconque puis- que le liquide distillé n'en forme aucun.
De cette manière, l'installation réalisée. d'après l'invention répond parfaitement à son but qui est d'éviter pendant très longtemps toute manutention onéreuse, même dans le cas où les solutions à traiter s'avèrent denses et mousseuses.
En particulier, elle se prête parfaitement à la distillation de l'eau de mer, surtout si elle est complétée par une installation auxiliaire destinée à salinifier et aérer l'eau distillée pour la rendre potable.
Dans le dessin annexé, se trouve précisément reproduit, à titre d'exemple, le schéma d'une installation suivant l'invention pour la distil- lation d'eau de mer,complétée par l'appareillage de salinification et d'aé- ration de l'eau distillée obtenue.
Dans l'installation illustrée, l'ensemble des appareils et machi- nes aptes au cycle de distillation par thermocompression comprend : l'évapo- rateur 1, le compresseur 2 actionné par le moteur à combustion 3, le conden- seur 4, le récupérateur 5 de chaleur des gaz incondensables, le récupérateur 6 de chaleur du concentré et du distillé, la chaudière à vapeur 7 avec brû- leurs 8 pour son propre chauffage et la chaudière à vapeur auxiliaire 9 chauf- fée par les gaz d'échappement du moteur 3 captés dans le serpentin 10. L'é- vaporateur 1 est disposé en position latérale surélevée par rapport au con- denseur 4 et son fond est relié par le tube 11 au collecteur inférieur 12 du condenseur, lequel communique par un faisceau tubulaire 13 avec le collec- teur supérieur 14 dudit condenseur.
Dans celui-ci, l'espace 15, extérieur aux tubes 13, est muni de diaphragmes 16 lesquels obligent le fluide en cir- culation à effectuer un parcours tortueux et par suite à lécher parfaitement les tubes en question. Dans le récupérateur de chaleur 6 se trouvent d'une part un faisceau tubulaire central 17, communiquant avec le colle cteur infé- rieur central. 18 et avec le collecteur supérieur central 19, et d'autre part un faisceau de tubes 20 disposés autour du faisceau central et en communica- tion avec les deux collecteurs annulaires, supérieur 21 et inférieur 22.
Là également, dans l'espace 23 extérieur aux tubes se trouvent des diaphrag-
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mes 24 propres à assurer un contact intime entre tubes et fluide en circula- tion.
L'eau de mer à distiller, apportée par la conduite 25, entre dans le bac 26 de réglage de niveau d'où, par le tube 27, elle passe dans le ser- pentin 28 du récupérateur 5 de chaleur des gaz incondensables. Par la con- duite 29, elle entre dans le collecteur inférieur central 18 du récupérateur
6 et ensuite, par le faisceau tubulaire central 17 dans le collecteur supé- rieur central 19 dudit récupérateur. Par le tube 30, ensuite, elle passe dans le collecteur inférieur 12 du condenseur 4 et successivement, par le faisceau tubulaire 13, dans le collecteur supérieur 14 du condenseur et dans l'évaporateur 1.
Un flotteur, placé dans le bac 26 comme régulateur de niveau, arrête de façon connue, non représentée dans le dessin, l'arrivée de l'eau de mer dans le bac considéré dès que le niveau dans le condenseur 4 dépasse une limite déterminée et la rétablit lorsque le niveau diminue.
Pour annuler l'influence des différences de pression le bac étanche 26 est relié à l'intérieur du condenseur par le tube 32.
Partant de la partie supérieure de l'évaporateur 1, qui n'est autre qu'un dôme de vapeur séparé de la partie inférieure par le diaphragme 33, la vapeur produite en 1 traverse le tube 34 pour entrer dans le compresseur 2, d'où elle est comprimée à travers le tube 35 dans l'espace 15 aménagé autour des tubes 13 du condenseur 4.
Et dans cet espace 15 la vapeur se condense. D'où la formation de distillé qui par le tube 36 passe dans l'espace 23 existant autour des faisceaux tubulaires du récupérateur de chaleur 6, tandis que le concentré, recueilli dans le collecteur 12 du condenseur 4, passe, par le tube 37, dans le collecteur 21 du récupérateur 6 et ensuite, par les tubes 20, dans le col- lecteur 22 dudit récupérateur d'où il est facile de l'évacuer par le tube 38. Les gaz incondensables restant dans le liquide distillé passent par le tube 39 dans le récupérateur de chaleur 5 d'où ils s'échappent par le tube 40. Provenant de l'espace 23 du récupérateur de chaleur 6, le distillé passe par le tube 41 dans le réservoir 42 muni d'un robinet de prélèvement 43.
Dans ce réservoir le distillé peut également être prélevé, à travers la canalisa- tion 44 et 45, par une pompe 46 qui le renvoie par le tube 47 dans un réser- voir surélevé 48 servant à l'alimentation des chaudières 7 - 9 et au refroi- dissement du moteur 3.
Les conduites 34 et 35, servant respectivement à l'amenée de la vapeur produite en 1 dans le compresseur 2 et au renvoi de la vapeur compri- mée dans le condenseur 4 sont reliées entre elles par le tube de by-pass 49 avec vanne de fermeture 50 qui permet au besoin de faire passer la vapeur directement de l'évaporateur au condenseur, le compresseur étant alors mis hors circuit.
Le réchauffement de l'eau de mer, pour sa vaporisation durant la phase préliminaire du cycle de distillation, est assuré par la chaudière à vapeur 7 qui est alimentée par gravité par le réservoir d'eau distillée 48 à travers le tube de descente 51 et le régulateur 52 du'ni veau d'eau dans la chaudière. La vapeur produite dans la chaudière passe par le tube 53, muni d'une vanne de fermeture 54, et arrive à la prise 55 existant dans la conduite 35 laquelle refoule la vapeur comprimée par le compresseur 2 dans le condenseur 4.
Après le démarrage, on ferme la vanne 54 et, pour suppléer aux pertes de régime, on introduit d'une part la vapeur produite dans la chaudière auxiliaire 9, également alimentée par le réservoir d'eau distil- lée 48 à travers les tubes 51, 55, 56 et le régulateur de niveau 57, et d' autre part la vapeur produite dans la chemise de refroidissement 3' du mo- teur 3, refroidie par l'eau distillée provenant du même réservoir 48 à tra- vers les tubes 51, 55 et le régulateur 58 du niveau de l'eau dans la chemi- se. La vapeur de la chaudière 9 arrive à la prise 59 aménagée dans la con- duite 34 par le tube 60 muni de la vanne de fermeture 6l; la vapeur de la chemise de refroidissement du moteur passe à travers une canalisation 62
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dans la conduite 60.
Un tube 63 avec vanne de fermeture 64 relie la cana- lisation 60 à la canalisation 53.
Comme il a dite la circulation des divers fluides se produit dans l'install tion avec une grande rapidité accentuée également par l'em- placement particulier de l'évaporateur par rapport au condenseur. A la sur- face d'évaporation S de l'évaporateur, on note la formation d'un tourbillon S' qui entraîne vers le fond les mousses éventuelles.
Le fonctionnement de la pompe 46 est commandé automatiquement par le relai 48' commandé lui-même par le flotteur du réservoir 48. Sui- vant une variante, on pourrait prévoir un relai pour chacun des flotteurs des réservoirs 52, 57 et 58 pour la commande de pompes correspondantes, ana- logues à la 46 et placées en parallèle sur la canalisation 45; et dans ce cas le réservoir 48 serait éliminé.
L'installation de distillation décrite est complétée par un appa- reillage secondaire destiné à salinifier et aérer l'eau distillée pour la rendre potable.
Cet appareillage comporte un réservoir 65 pour la solution saline, muni d'éprouvette volumétrique 66 et de robinet 67 d'essai et de purge, un injecteur 68 de la solution saline et un injecteur 69 d'air. Une pompe 70 prélève l'eau distillée dans le réservoir 42 à travers la conduite 71 et l'envoie dans une conduite 72 où elle passe en grande partie par l'injecteur d'air 69 et par la canalisation de sortie 73, une petite partie toutefois est déviée à travers la conduite 74 pour recevoir la solution saline de 1' injecteur 63 qui aspire celle-ci du réservoir 65 et retourner ensuite à la pompe 70 où elle se mélange à l'eau distillée provenant de la canalisation 71,
eau distillée qui de cette façon est salinifiée avant d'être aérée par l'injecteur 69. Un robinet 75 permet de régler le débit de la canalisation 74 et par conséquent le degré de salinification de l'eau arrivant en 72 soit pour égaler progressivement la concentration de la solution 65 soit au contraire pour supprimer la salinité, dans le cas où l'on désirerait aérer l'eau distillée, sans la salinifier.
Bien entendu, la disposition des différentes parties de l'instal- lation peut varier dans les détails par rapport à celle qui est reproduite dans le schéma et décrite ci-dessus, sans pour cela que l'installation sorte du cadre de l'invention.
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SOC. ING. G. MASCARINI, residing in MILAN (Italy).
THERMOCOMPRESSION DISTILLATION PLANT FOR SAME SOLUTIONS
LOADED AND FOAMERS.
In ordinary thermocompression distillation plants, where the evaporator is placed above a heat exchanger which also functions as a condenser for the distilled and compressed steam, a continuous salt deposit is usually recorded on the pipes. active surfaces of devices, deposit which progressively reduces their heat exchange capacity until it is completely or almost completely canceled,
The drawback is particularly serious when, in the thermocompression cycle, the heat exchange is carried out by slight temperature differences or again when the solutions to be distilled or to be concentrated are very loaded with salts or simply viscous.
In order to minimize the formation of such deposits, recourse is often had to the preliminary treatment of the solutions to be distilled or concentrated using known methods, either exchange of bases, for example lime and soda, or electronic and the like.
But, apart from the fact that a preliminary treatment of this nature is not applicable to all the liquids to be distilled, it should be observed that the salts are always present in the treated solutions, so that after the treatment , especially with the base exchange process, they become very foamy.
In all ordinary installations, it is therefore necessary to proceed, at short intervals, to cleaning the devices by mechanical or chemical processes, which are always expensive, delicate and detrimental to the very life of the cleaned devices.
The problem of keeping devices free of deposits or increments
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This is perfectly resolved in the thermocompression distillation plant which is the subject of the present invention.
This installation is characterized by the fact that the evaporator is located in an elevated position with respect to the condenser so that the evaporation surface is given by the sum of the sections of the condenser and the evaporator, the bottom of which is connected by a suitable pipe to the lower collector of the condenser.
In this way the large evaporation surface, in addition to significantly increasing the production of the installation in the unit of time offers the considerable advantage of ensuring very rapid circulation of the liquid to be distilled or concentrated, circulation which prevents scaling of the exchange surfaces while improving heat exchange conditions in proportion to the speed of the fluids.
Finally, in the bottom of the evaporator, there is a swirling movement which sucks any foam from the surface.
According to another characteristic of the invention, the recuperator of the calories of the distillate and of the concentrate, with which the installation is fitted, comprises two distinct tubular bundles suitable for countercurrent circulation of the concentrate on the one hand and of the liquid. going to the evaporator on the other hand, reserving the space between the tubes of the two bundles for the circulation of the distillate which serves as a heat transmission medium between the two liquids circulating in the two tube bundles.
This arrangement offers the advantage of circulating the dense or scaling liquids inside the tubes and as these are easily accessible, the disadvantage of scaling is very small. On the outside of the tubes, on the contrary, there can be no deposit whatsoever since the distilled liquid does not form any.
In this way, the installation carried out. according to the invention perfectly meets its aim, which is to avoid for a very long time any expensive handling, even in the case where the solutions to be treated turn out to be dense and foamy.
In particular, it lends itself perfectly to the distillation of sea water, especially if it is supplemented by an auxiliary installation intended to salinify and aerate the distilled water to make it drinkable.
In the appended drawing, there is precisely reproduced, by way of example, the diagram of an installation according to the invention for the distillation of sea water, completed by the salinification and aeration apparatus. distilled water obtained.
In the illustrated installation, all of the apparatus and machinery suitable for the thermocompression distillation cycle comprises: evaporator 1, compressor 2 actuated by combustion engine 3, condenser 4, recuperator 5 heat from the non-condensable gases, the heat recovery unit 6 from the concentrate and the distillate, the steam boiler 7 with burners 8 for its own heating and the auxiliary steam boiler 9 heated by the exhaust gases of the engine 3 captured in the coil 10. The evaporator 1 is arranged in an elevated lateral position relative to the condenser 4 and its bottom is connected by the tube 11 to the lower collector 12 of the condenser, which communicates by a tube bundle 13 with the upper manifold 14 of said condenser.
In this, the space 15, outside the tubes 13, is provided with diaphragms 16 which force the circulating fluid to follow a tortuous path and consequently to perfectly lick the tubes in question. In the heat recovery unit 6 there is on the one hand a central tubular bundle 17, communicating with the lower central glue. 18 and with the upper central collector 19, and on the other hand a bundle of tubes 20 arranged around the central bundle and in communication with the two annular collectors, upper 21 and lower 22.
There too, in the space 23 outside the tubes, there are diaphragms.
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mes 24 suitable for ensuring intimate contact between tubes and circulating fluid.
The seawater to be distilled, supplied by line 25, enters the level control tank 26 from where, through tube 27, it passes into the coil 28 of the heat recovery unit 5 for the non-condensable gases. Via line 29, it enters the central lower collector 18 of the recuperator
6 and then by the central tube bundle 17 in the upper central collector 19 of said recuperator. Through tube 30, then, it passes into the lower manifold 12 of the condenser 4 and successively, through the tube bundle 13, into the upper manifold 14 of the condenser and into the evaporator 1.
A float, placed in the tank 26 as a level regulator, stops in a known manner, not shown in the drawing, the arrival of sea water in the tank considered as soon as the level in the condenser 4 exceeds a determined limit and restores it when the level drops.
To cancel out the influence of pressure differences, the sealed tank 26 is connected to the interior of the condenser by the tube 32.
Starting from the upper part of the evaporator 1, which is nothing more than a vapor dome separated from the lower part by the diaphragm 33, the vapor produced at 1 passes through the tube 34 to enter the compressor 2, of where it is compressed through the tube 35 in the space 15 arranged around the tubes 13 of the condenser 4.
And in this space 15 the vapor condenses. Hence the formation of distillate which through tube 36 passes into the space 23 existing around the tube bundles of the heat recovery unit 6, while the concentrate, collected in the collector 12 of the condenser 4, passes through the tube 37, in the collector 21 of the recuperator 6 and then, through the tubes 20, in the collector 22 of the said recuperator from where it is easy to evacuate through the tube 38. The non-condensable gases remaining in the distilled liquid pass through the tube 39 in the heat recuperator 5 from where they escape through the tube 40. Coming from the space 23 of the heat recuperator 6, the distillate goes through the tube 41 into the tank 42 fitted with a sampling valve 43 .
In this tank, the distillate can also be taken, through the pipes 44 and 45, by a pump 46 which returns it through the tube 47 into a raised tank 48 serving to feed the boilers 7 - 9 and to the boiler. engine cooling 3.
The pipes 34 and 35, serving respectively for the supply of the steam produced at 1 into the compressor 2 and for the return of the compressed steam in the condenser 4 are connected to each other by the bypass tube 49 with valve. closure 50 which, if necessary, allows the vapor to pass directly from the evaporator to the condenser, the compressor then being switched off.
The heating of the seawater, for its vaporization during the preliminary phase of the distillation cycle, is provided by the steam boiler 7 which is fed by gravity by the distilled water tank 48 through the down tube 51 and the regulator 52 of the water in the boiler. The steam produced in the boiler passes through the tube 53, provided with a closing valve 54, and arrives at the outlet 55 existing in the pipe 35 which delivers the steam compressed by the compressor 2 into the condenser 4.
After start-up, the valve 54 is closed and, to make up for the loss of speed, the steam produced is introduced into the auxiliary boiler 9, also supplied by the distilled water tank 48 through the tubes 51, on the one hand. , 55, 56 and the level regulator 57, and on the other hand the steam produced in the cooling jacket 3 'of the engine 3, cooled by the distilled water coming from the same tank 48 through the tubes 51 , 55 and regulator 58 for the water level in the jacket. The steam from the boiler 9 arrives at the outlet 59 arranged in the duct 34 by the tube 60 provided with the closing valve 61; steam from the engine cooling jacket passes through a pipe 62
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in pipe 60.
A tube 63 with a closing valve 64 connects the pipe 60 to the pipe 53.
As he said, the circulation of the various fluids occurs in the installation with great rapidity, also accentuated by the particular position of the evaporator in relation to the condenser. At the evaporation surface S of the evaporator, the formation of a vortex S ′ is noted which drives any foams downwards.
The operation of the pump 46 is automatically controlled by the relay 48 'itself controlled by the float of the tank 48. According to a variant, a relay could be provided for each of the floats of the tanks 52, 57 and 58 for the control. corresponding pumps, analogous to 46 and placed in parallel on line 45; and in this case the reservoir 48 would be eliminated.
The distillation plant described is completed by a secondary apparatus intended to salinify and aerate the distilled water to make it drinkable.
This apparatus comprises a reservoir 65 for the saline solution, provided with a volumetric cylinder 66 and with a test and purge valve 67, an injector 68 for the saline solution and an injector 69 of air. A pump 70 takes the distilled water from the tank 42 through the line 71 and sends it to a line 72 where it passes largely through the air injector 69 and through the outlet line 73, a small part however is diverted through line 74 to receive the saline solution from injector 63 which draws it from reservoir 65 and then returns to pump 70 where it mixes with distilled water from line 71,
distilled water which in this way is salinified before being aerated by the injector 69. A tap 75 makes it possible to adjust the flow rate of the pipe 74 and consequently the degree of salinification of the water arriving at 72, ie to gradually equal the concentration of the solution 65 or on the contrary to remove the salinity, in the case where it is desired to aerate the distilled water, without salinifying it.
Of course, the arrangement of the different parts of the installation may vary in detail with respect to that which is reproduced in the diagram and described above, without the installation going beyond the scope of the invention.