Appareil de cristallisation de solutions liquides La présente invention se rapporte aux appareils de cristallisation de solutions liquides par voie d'évaporation ou de refroidissement de celles-ci.
A l'heure actuelle, de tels appareils sont largement utilisés, par exemple dans les industries chimiques et alimentaire, pour la cristallisation des solutions liquides, qui s'effectue jusqu'à l'obtention d'un produit ayant l'aspect d'une masse cristalline fluide. Cela s'obtient par leur évaporation ou leur refroidissement en fonction de la température de l'agent caloporteur amené dans les échangeurs de chaleur faisant partie de l'appareil.
Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No.
3.321.282, on a décrit un appareil dont le corps présente une cavité divisée par des cloisons transversales en plusieurs compartiments. Afin d'amener dans l'appareil le liquide à traiter, on a prévu une tubulure et il y a également une tubulure destinée à évacuer le produit obtenu. A l'extérieur du corps de l'appareil , il y a un échangeur de chaleur disposé en regard de chaque compartiment , respectivement.
L'appareil est doté d'un dispositif servant à agiter la solution à traiter. Ce dispositif est un arbre horizontal disposé le long de l'appareil et qui porte, montées de manière excentrée, des pales articulées.
L'agitation de la solution permet d'égaliser la température suivant le volume total de ladite solution.
Cependant, durant le fonctionnement de l'appareil, lors de la cristallisation de la solution liquide, il se produit un dépôt de sels sur la surface intérieure du corps de l'appareil. A la suite du dépôt de sels, l'échange de chaleur entre l'échangeur de chaleur et la solution liquide devient mauvais ce qui, à son tour, rend le fonctionnement de l'appareil moins efficace.
Pour cette raison, afin de débarrasser la surface intérieure du corps de l'appareil des dépôts de sels, on arrête périodiquement l'appareil, on débranche les échangeurs de chaleur, on en évacue la solution et on débarrasse la surface intérieure du corps de l'appareil des sels déposés.
A la suite de ces arrêts, on perd beaucoup de temps qui pourrait être utilisé pour le fonctionnement de l'appareil.
Dans le brevet britannique No. 1 075 919, on a décrit un appareil de cristallisation de solutions liquides, dans lequel on utilise des échangeurs de chaleur suspendus, disposés dans la cavité du corps de l'appareil. Ces échangeurs de chaleur sont des éléments du type de chambres destinées à laisser passer un agent de refroidissement' Le long du corps dudit appareil, il y a un arbre sur lequel sont montés des disques (pales ayant une forme triangulaire), ces disques étant disposés entre les éléments faisant partie des échangeurs de chaleur, la distance qui les sépare étant considérable.
Il est évident qu'à la période initiale du fonctionnement d'un tel appareil, l'échange thermique entre l'agent de refroidissement et la solution liquide que l'on soumet à la cristallisation sera suffisamment efficace.
Toutefois, dans ce cas, il se produit un dépôt de sels sur la surface extérieure des échangeurs de chaleur;
à mesure que la quantité des sels déposés devient plus considérable, l'échange de chaleur devient moins efficace et le fonctionnement de l'appareil n'est plus satisfaisant.
On a essayé d'éliminer les dépôts de sels de la surface extérieure des échangeurs de chaleur sans arrêter l'appareil.
Ainsi, par exemple, dans le brevet No. 1 057 569 délivré en RFA, on a décrit un appareil dont le corps présente une cavité contenant au moins un échangeur de chaleur, réalisé sous forme d'un coffre , traversé de deux arbres . Ceux-ci portent des pales possédant des grattoirs pour débarrasser les parois plates extérieures opposées du coffre des dépôts de sels.
La présence, dans le cadre de l'appareil, des pales et des grattoirs, permet d'assurer l'agitation de la solution et l'élimination des sels déposés sur une partie de la surface des échangeurs de chaleur.
Cependant, il est assez difficile d'assurer l'étan- chéité entre les arbres tournants et les corps des échangeurs de chaleur, et le fonctionnement prolongé de l'appareil n'est donc pas garanti.
Les appareils de cristallisation de solutions li- quides utilisés jusqu'à présent sont équipés d'échangeurs
de chaleur ayant une surface d'échange thermique très peu' développée, les sels se déposent très vite et c'est pour- quoi les appareils en question fonctionnent périodiquement
et ne sont pas susceptibles d'assurer un haut rendement,
tout en étant rentables.
De plus, la qualité d'agitation de la solution liquide à cristalliser n'est pas satisfaisante.
En tenant compte de ce qui précède, il est évident qu'il est indispensable d'apporter des perfectionnements
à l'appareil de cristallisation de solutions liquides.
la présente invention vise à éliminer les inconvé- nients susmentionnés.
On s'est proposé de créer un appareil de cristallisation de solutions liquides dans lequel la forme des échangeurs de chaleur et des pales destinées à débarrasser ceuxci des dépôts de sels, serait telle qu'elle assurerait le fonctionnement prolongé et efficace de l'appareil .
Le problème posé est résolu, dans un appareil de cristallisation de solutions liquides comportant un corps creux avec tubulures servant respectivement à amener la solution de départ et à évacuer séparément les produits obtenus, et un arbre disposé horizontalement dans le corps
et portant, fixées rigidement, des pales prévues pour agiter la solution liquide et pour débarrasser la surface exté- rieure de l'échangeur de chaleur des dépôts de sels, cet échangeur ayant une cavité pour le passage de l'agent calo- porteur, en ce que l'on a, selon l'invention situé l'arbre susmentionné en dehors de la cavité de l'échangeur de chaleur qui est réalisé avec des parties s'avançant du côté de l'arbre qui porte les pales, dont les arêtes ont une forme assurant leur contact avec la surface à débarrasser des dépôts de sels de l'échangeur de chaleur.
Une telle disposition de l'arbre portant des pales
par rapport à l'échangeur de chaleur permet de rendre le fonctionnement de l'appareil plus fiable. L'augmentation de la surface de l'échangeur de chaleur, du fait qu'il est réalisé avec les parties avancées permet d'améliorer le transfert de chaleur et, par conséquent, d'augmenter le rendement de l'appareil. En outre, la longueur de la ligne de contact entre les arêtes des pales et la surface à débarrasser des dépôts de sels de l'échangeur de chaleur est telle quelle permet d'éliminer les dépôts de sels essen- tiellement sur toute la surface de l'échangeur de chaleur,
en influant sur le taux de transfert de chaleur.
Il est avantageux que les pales voisines montées sur l'arbre soient disposées dans des sens diamétralement opposés.
Une telle disposition des pales sur l'arbre permet
de répartir régulièrement la charge s'exerçant sur ce dernier lors de l'agitation de la solution et de l'élimination des dépôts de sels de la surface de l'échangeur de chaleur.
Il est possible de réunir les pales en un cadre plat , non fermé, disposé radialement le long du corps creux cylin-
<EMI ID=1.1>
geur de chaleur doivent être réalisées des cloisons constituant un canal en forme de boucle destiné à laisser passer l'agent caloporteur à travers les parties avancées de l'échangeur de chaleur, qui sont en série.
Un tel cadre permet de débarrasser des dépôts de sels, avec le maximum d'effet, les surfaces de l'échangeur de chaleur et du corps de l'appareil et, par conséquent, d'assurer le fonctionnement prolongé de l'appareil, le taux de transfert de chaleur étant constant.
La présence des canaux dans la cavité de l'échangeur
<EMI ID=2.1>
1 l'agent caloporteur et par conséquent d'assurer un taux élevé de transfert de chaleur.
Il est possible de donner aux cotes latéraux des par-
<EMI ID=3.1>
Dans ce cas, la surface de l'échange de chaleur augmente sensiblement et le niveau de remplissage de la cavité du corps de l'appareil par la solution s'élève, et cela permet d'accroître considérablement le rendement de l'appareil.
Il est avantageux aussi de donner aux côtés latéraux des parties avancées de l'échangeur de chaleur une forme de secteur.
Une telle forme des parties de l'échangeur de chaleur est préférable dans le cas du traitement de solutions dont le niveau doit être maintenu au-dessous de celui de l'arbre portant les pales.
Il est avantageux de réaliser la surface intérieure de la paroi latérale du corps creux sous forme d'un corps de révolution tandis qu'en ce qui concerne la paroi même, il est préférable qu'elle soit réalisée double de façon
à ce qu'elle forme une cavité supplémentaire pour le passage de l'agent caloporteur, ladite cavité atteignant essentiellement un niveau proche du niveau de la solution dans le corps creux de l'appareil.
La cavité formée par la paroi double permet d'augmenter la surface de transfert de chaleur et, par conséquent, d'accroître l'efficacité du fonctionnement de l'appareil et avec cela, la paroi peut être complètement débarrassée des dépôts de sels au moyen de l'arête de la pale.
Il est possible de réaliser le corps de l'appareil
en forme de cône tronqué et d'y monter, du côté de la base, l'échangeur de chaleur réalisé sous forme d'un verre à
boire dont la paroi est une partie avancée de l'échangeur
de chaleur, disposée coaxialement par rapport à l'arbre,
le long duquel on peut fixer la pale ayant la forme d'un plan disposé radialement avec, à proximité de l'arête, une entaille suffisante pour y introduire la partie avancée de l'échangeur de chaleur, tout en respectant la valeur du
jeu nécessaire pour assurer la rotation de la pale et l'é- limination des dépôts de sels des surfaces à débarrasser ' de l'échangeur de chaleur et du corps de l'appareil.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détail- lée qui va suivre d'exemples constituant des variantes possibles de réalisation de l'appareil de cristallisation
de solutions liquides, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels:
-La figure 1 représente l'appareil selon l'invention, vu en coupe longitudinale avec des arrachements près de la base des pales;
- la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1;
- la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 1;
- la figure 4 représente l'appareil selon l'invention, avec les parties de l'échangeur de chaleur ayant des parois latérales en forme d'U et en forme de secteurs, vue en coupe longitudinale;
- la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure 4;
1. � - la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4;
- la figure 7 représente l'appareil dont le corps a la forme d'un cône tronqué , tandis que l'échangeur de chaleur est réalisé sous forme d'un verre à boire, vu en coupe longitudinale ;
- la figure 8 est une coupe faite suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7.
Exemple 1
L'appareil de cristallisation des solutions liquides possède un corps creux 1 (figures 1, 2 et 3) avec des tubu-
<EMI ID=4.1>
creux 1, de la solution de départ ; la tubulure 3 assurant l'évacuation du produit obtenu, par exemple, de la masse cristalline ou de la suspension ; et la tubulure 4 servant à évacuer de la vapeur.
Dans la cavité 5 du corps 1 est monté, en position horizontale, un arbre 6 sur lequel sont rigidement fixées
des pales 7 destinées à assurer l'agitation de la solution
et l'élimination des dépôts de sels de la surface extérieure de l'échangeur de chaleur 8.
L'échangeur de chaleur 8 possède une cavité 9 prévue pour le passage de l'agent caloporteur, arrivant à l'intérieur des parties avancées 10 de l'échangeur de chaleur lesdites parties avancées communiquant l'une avec l'autre en série.
Dans le cas de l'exemple considéré, chaque partie 10 de l'échangeur de chaleur 8 possède une tubulure 11 d'amenée de l'agent caloporteur et une tubulure 12 d'évacuation de celui-ci.
L'arbre 6 porte les pales 7 qui sont disposées en dehors de la cavité 9 de l'échangeur de chaleur 8, et aux arêtes des pales 7 on a donné une forme assurant leur contact avec , respectivement, les surfaces de l'échangeur de chaleur 8 et du corps creux 1.
Entre les arêtes des pales 7 et les surfaces respectives de l'échangeur de chaleur 8 et du corps creux 1, il existe un jeu suffisant pour la rotation des pales 7 et
<EMI ID=5.1>
susmentionnées.
Dans l'exemple considéré de réalisation de l'invention , les pales voisines 7 qui sont montées sur l'arbre 6, sont disposées dans des sens diamétralement opposés l'une
par rapport à l'autre. Cependant, les pales voisines 7 peuvent également être disposées sous un angle qui est essentiellement voisin de 90 degrés, la valeur de cet angle dépendant des propriétés de la solution à traiter. La surface de travail de chaque pale 7 montée sur l'arbre 6 est disposée sous un angle permettant de rendre plus facile le déplacement de la solution liquide dans la direction de la tubulure 3 destinée à évacuer le produit fini. A proximité de
la tubulure d'évacuation 3, il y a des grattoirs 13 montés sur l'arbre 6 et destinés à évacuer le produit obtenu hors
de la cavité du corps 1 de l'appareil.
Sur la paroi latérale du corps 1, dans le plan de
la rotation des grattoirs 13 est fixé un couteau de déchargement 14 (figure 3) servant à débarrasser les grattoirs 13
<EMI ID=6.1>
qui met en communication la cavité du corps 1 de l'appareil avec la cavité de la tubulure d'évacuation du produit fini 3.
Dans la partie supérieure de la cavité du corps- 1, il y a une cloison verticale transversale 16 (figure 1) qui n'atteint pas le fond, mais qui est plongée dans la solution et qui assure l'arrivée de la vapeur dans la tubulure 4.
Dans la cavité de l'échangeur de chaleur 8, il y a une cloison 17 formant un canal 18 destiné à laisser passer l'agent caloporteur, par exemple la vapeur d'eau.
L'appareil de cristallisation de solutions liquides fonctionne de la façon suivante.
On amène dans la cavité 5 du corps 1 une solution liquide qui arrive par la tubulure 2 (figure 1) ; Ensuite, par la tubulure correspondante 11 (figure 2), on amène
dans la cavité 9 de chaque échangeur de chaleur 8 un agent caloporteur, par exemple de la vapeur d'eau qui passe à travers le canal en forme de boucle 18 et sort par la tubulure 12. Par l'intermédiaire des côtés latéraux des échangeurs de chaleur 8, la chaleur est transmise à la solution liquide qui, durant le chauffage, s'évapore jusqu'à formation d'une suspension cristalline et de vapeur. Une commande
(non représentée sur les dessins) produit la rotation de l'arbre 6 (figure 1) et des pales 7 qui sont montées rigidement sur lui.
La vapeur est évacuée par la tubulure 4.
Au cours de leur rotation, les pales 7 agitent la solution liquide à traiter et transportent, au fur et à mesure de l'évaporation, la suspension cristalline dans la direction de la tubulure 3. En agitant et en transportant simultanément la solution à cristalliser, les pales 7 débarrassent par leurs arêtes latérales la surface extérieure de l'échangeur de chaleur 8 des sels déposés sur cette surface lors de l'évaporation de la solution liquide.
Il en résulte que la surface de l'échangeur de chaleur 8 reste propre, ce qui permet d'assurer un haut taux
de transfert de chaleur.
L'élimination des cristaux s'effectue par l'intermédiaire des grattoirs 13 à travers l'orifice 15 et lesdits cristaux arrivent dans la tubulure 3. Un couteau 14 permet
de rendre plus complet le nettoyage des grattoirs 13 en
les débarrassant des dépôts de sels.
Dans ce cas, lorsqu'on obtient un produit sous forme de suspension liquide, on maintient son niveau tel qu'il
soit suffisant pour assurer son déversement par l'orifice
de déchargement 15 pratiqué dans la paroi latérale du corps creux 1.
Dans ce cas, les grattoirs 13 ne sont pas mis en jeu. Le niveau de la solution dans la cavité du corps 1
de l'appareil est maintenu tel que le tronçon inférieur de
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l'appareil, plongé dans la solution.
Cela permet d'acheminer la vapeur dans la tubulure 4 et de l'empêcher d'entrer par l'orifice 15 dans la tubulure
3.
Exemple 2
Dans cette variante de réalisation , l'appareil de cristallisation des solutions liquides selon l'invention possède des pales réunies en un cadre plat disposé radiale-
<EMI ID=8.1>
de l'appareil.
Sur les figures 4, 5 et 6 on a représenté conven- tionnellement deux cadres 19 et 20 dont un ou les deux, au gré du constructeur, peuvent être utilisés dans l'appareil.
La seule différence consiste en ce que dans le
cadre 19 on a réalisé des entailles en forme d'arcs, tandis que dans le cadre 20 on a pratiqué des entailles de forme rectangulaire correspondant au contour de l'échangeur de chaleur 8, en vue en coupe longitudinale par le plan qui coïncide avec le plan du cadre fixé rigidement sur l'arbre
6.
Le cadre 19 embrasse l'échangeur de chaleur 8 dont les côtés latéraux 21 (figure 5) des parties avancées 10 sont en forme d'U.
Le cadre 20 est préférablement utilisé avec un échangeur de chaleur 8 dont les côtés latéraux 22 sont en forme de secteur.
Comme dans l'exemple précédent, chaque échangeur
de chaleur 8 comporte une tubulure 11 destinée à assurer l'amenée de l'agent caloporteur, une tubulure 12 servant à évacuer ledit agent caloporteur et des cloisons 17 qui divisent sa cavité en canaux en forme de boucle 18 desti- nés à laisser passer l'agent caloporteur à travers les parties avancées, 10, faisant saillie, de l'échangeur de chaleur 8, lesdites parties 10 communiquant entre elles
en série.
Pour qu'il soit possible d'éliminer complètement
les dépôts de sels de la surface inférieure de la paroi latérale du corps creux 1, elle est réalisée sous forme
d'un corps de révolution, tandis que l'arête de la pale
ou du cadre qui est en contact avec elle a la forme rectangulaire.
Afin d'accroître l'efficacité du transfert de chaleur à la solution à traiter, le corps 1 de l'appareil possède une paroi double 23 qui forme une cavité supplémen-
<EMI ID=9.1>
cavité supplémentaire atteignant essentiellement un niveau proche du niveau 25 de la solution dans l'appareil,
En vue d'amener l'agent caloporteur dans la cavité
24 et de l'évacuer hors de celle-ci, on a prévu des tubulures 26 et 27, respectivement.
Le principe du fonctionnement de l'appareil est le même que celui décrit dans l'exemple 1.
Toutefois, la forme des pales qui sont réalisées sous forme de cadres plats non fermés permet d'embrasser plus complètement la surface de l'échangeur de chaleur et, par conséquent, d'effectuer avec le maximum d'effet l'élimination des sels déposés sur ladite surface, de même que sur la surface intérieure cylindrique du corps 1 de l'appareil. De ce fait, on arrive à assurer une durée prolongée du fonctionnement de l'appareil, le taux de transfert de chaleur étant constamment élevé.
Afin d'augmenter la surface d'échange de chaleur et le volume de la solution à traiter, il est préférable d'avoir recours à des échangeurs de chaleur dont les parois latérales sont en forme d'U.
Les échangeurs de chaleur dont la surface latérale est en forme de secteurs peuvent être utilisés pour le traitement des solutions dont le niveau 25 doit être maintenu au-dessous du niveau auquel est monté l'arbre 6 portant les pales 7.
Exemple 3
L'appareil de cristallisation de solutions liquides peut avoir un corps creux 28 (figures 7 et 8) réalisé sous forme de cône tronqué du côté de la base duquel est incorpo- ;
<EMI ID=10.1>
verre à boire. Alors, la partie avancée 10 de l'échangeur
de chaleur 29 est la paroi du verre, disposée coaxialement par rapport à l'arbre 6.
Dans cet exemple considéré, la pale 30 fixée le long de l'arbre 6 a la forme d'un plan radial avec une entaille près de l'arête latérale.
La partie avancée 10 de l'échangeur de chaleur 29
est introduite dans cette entaille et il y a un jeu nécessaire pour la rotation de la pale 30 et pour l'élimination, au moyen de son arête, des dépôts de sels de la surface de l'échangeur de chaleur 29 et du corps creux 28 de l'appareil.
Tous les appareils de cristallisation des solutions liquides décrits dans les exemples donnés ci-dessus de réalisation de l'invention fonctionnent de manière analogue et ils peuvent être utilisés pour l'évaporation des pulpes
et des suspensions. Le fonctionnement de l'appareil faisant l'objet de l'invention est certain, le taux de transfert
de chaleur étant constamment élevé.
<EMI ID=11.1>
apportées par l'homme de l'art à l'appareil qui vient
d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1.- Appareil de cristallisation de solutions liquides, comportant un corps creux avec des tubulures prévues respectivement pour l'amenée de la solution de départ et pour l'évacuation séparée des produits obtenus, et un arbre disposé horizontalement dans le corps et portant, fixées rigidement, des pales destinées à agiter la solution liquide et à débarrasser des sels la surface extérieure de l'échangeur de chaleur, celui-ci ayant une cavité pour le passage d'un agent caloporteur, caractérisé en ce que l'arbre est situé en dehors de la cavité de l'échangeur de chaleur qui est réalisé avec des parties qui s'avancent du côté de l'arbre portant les pales, dont les arêtes ont une forme assurant leur contact avec la surface à débarrasser des dépôts de sels de l'échangeur de chaleur.