CH520514A - Evaporateur pour la concentration de solutions - Google Patents

Description

  
 



  Evaporateur pour la concentration de solutions
 Le brevet principal a pour objet un évaporateur pour la concentration de solutions, c'est-à-dire comprenant une enceinte d'évaporation de la solution à concentrer, entraînée en rotation, et sur la face interne de la paroi latérale de laquelle font saillie des ailettes annulaires d'évaporation entourant l'axe de pivotement de l'enceinte délimitant, entre elles et, à chaque extrémité, avec une partie des parois de l'enceinte, une suite de rainures, au moins une ailette sur deux étant chauffée, des moyens pour introduire dans l'enceinte la solution à concentrer, au moins une ouverture de récupération de la solution concentrée et au moins une ouverture d'évacuation des vapeurs produites, les moyens d'introduction de la solution étant disposés de manière à alimenter en solution la première rainure de la suite,

   alors que l'ouverture de récupération s'ouvrant dans la dernière rainure, les ailettes ayant alternativement une surface continue et un passage s'ouvrant au voisinage de leur racine, la distance séparant l'axe de pivotement de l'enceinte et le bord libre des ailettes à surface continue croissant au fur et à mesure que ces ailettes sont plus proches de l'ouverture de récupération et, pour chaque ailette présentant le passage, la distance comprise entre son bord libre et l'axe de pivotement étant inférieure à la distance séparant   l'axe    du bord libre de l'ailette voisine à surface continue disposée du côté de l'ouverture de récupération.



   L'évaporateur selon la présente invention est caractérisé par le fait que, pour chaque ailette (6c, 6e..., 6k) présentant le passage (8b, 8c..., 8f), la distance comprise entre son bord libre et l'axe de pivotement est égale à la distance séparant cet axe et le bord libre de l'ailette voisine à surface continue (6b, 6d..., 61).



   La figure unique du dessin annexé représente, à titre d'exemple et très schématiquement, une coupe méridienne d'un évaporateur selon l'invention muni de son condensateur.



   L'évaporateur représenté comporte un tambour cylindrique 1, à axe vertical, entraîné en rotation, et dont la paroi extérieure 2 délimite, avec une seconde paroi annulaire 3, une chambre 4 destinée à être alimentée en vapeur de chauffage.



   Sur la face interne de la paroi 3 font saillie une série d'ailettes annulaires et creuses 6a à 61, en communication avec la chambre 4 et s'étendant radialement vers l'intérieur d'une chambre d'évaporation 5 que délimite cette paroi.



   Les ailettes 6a à 61 sont équidistantes l'une de l'autre et délimitent avec la paroi 3 une série de canaux annulaires transversaux et superposés 7a à 71. Une ailette toutes les deux, au dessin les ailettes 6a, 6c, 6e, 6g, 6i et 6k, est traversée le long de son bord interne par un passage axial 8a, 8c, 8e, 8g, 8i et 8k, de sorte que les canaux 7a à 71 sont reliés deux à deux, en particulier 7a et 7b, 7c et 7d, 7e et 7f, 7g et 7h, 7i et 7j, 7k et 71.



   Toutes les ailettes 6 traversées par un passage 8a sont de hauteur radiale décroissante de haut en bas et les ailettes dont la surface est percée ont chacune une hauteur radiale correspondant à celle de l'ailette à surface continue disposée immédiatement au-dessus. Ainsi les ailettes 6b et 6c, 6d et 6e, 6f et 6g, 6h et 6i, 6j et 6k, ont une hauteur radiale identique deux à deux.



   La solution à concentrer est introduite dans le premier, 7a, des canaux délimités par les ailettes 6a à 61, radialement grâce à un distributeur 9 solidaire en rotation du tambour 1 et c'est précisément la différence de hauteur des ailettes qui permet à la solution de circuler successivement auc ontact des deux faces de chaque ailette. En effet, dès que la solution entre dans le canal 7a, elle est chassée sous l'action de la force centrifuge dont elle est l'objet, par rotation du tambour 1, dans le canal 7b au travers du passage 8a, la hauteur radiale de solution dans chaque rainure 7a et 7b augmentant d'une même quantité au fur et à mesure que le distributeur éjecte la solution dans la rainure 7a.  



   Lorsque la rainure 7b est pleine, la rainure 7a ne l'est pas tout à fait car l'ailette 6a qui la délimite avec la paroi supérieure du tambour 1 est plus haute que l'ailette 6b qui forme la rainure 7b avec la portion de l'ailette 6a lui faisant face.



   En conséquence, tout nouvel apport de solution liquide dans la rainure 7a produira une augmentation de la hauteur. de liquide contenue dans la rainure 7b telle que ce liquide débordera par dessus le bord interne de l'ailette 6b. Ce trop-plein sera au fur et à mesure soumis à l'action de la force centrifuge de sorte qu'il passera dans la rainure 7c et de là dans la rainure 7d au travers du passage 8b. Les rainures 7e et 7d se rempliront pratiquement en même temps jusqu'à ce que la rainure 7d, moins   profonde,    soit pleine. Dès cet instant, tout liquide débordant par-dessus l'ailette 6b dans la rainure 7c exercera sur la masse de liquide remplissant partiellement cette rainure et entièrement la rainure 7d, une poussée, due à la force centrifuge, déterminant une circulation de liquide de la rainure 7c vers la rainure 7d.



   Le même processus s'établit dans toutes les rainures délimitées par les ailettes 6a à 61.



   C'est donc la force centrifuge agissant sur le liquide débordant par-dessus les ailettes 6b, 6d, 6f, 6h, 6j, 61 qui constituera l'élément moteur de la circulation de liquide s'établissant dans les différentes rainures se trouvant ainsi disposées en série.



   L'épaisseur    motrice     de liquide de débordement susceptible de prendre place dans les rainures 7a, 7c, 7e, 7g, 7i, 7k, pourra être égale au maximum à la différence entre la hauteur radiale de chaque ailette percée constituant l'une des parois d'une rainure déterminée et la hauteur radiale de l'ailette non percée disposée immédiatement en dessous de l'ailette percée considérée.



   Au cours de son déplacement au contact des diverses ailettes que comprend l'évaporateur, la solution se met en ébullition, les bulles de vapeur se dégageant de la solution dans la région où celle-ci déborde sur les ailettes 6b, 6d, 6f, 6h, 6j et 61.



   La vapeur ainsi produite est évacuée de la chambre 5 par un canal axial de sortie 10 solidaire du tambour 1.



   La solution concentrée qui déborde par-dessus l'ailette inférieure 61 est repoussée radialement vers l'extérieur du tambour et passe au travers d'un canal annulaire 7m délimité entre cette ailette 61 et le fond 11 de la chambre d'évaporation 5 en direction d'un passage 12 disposé au bas de la paroi 3.



   Cette solution concentrée est évacuée du tambour   1    par un ajutage 13 introduit dans l'ouverture d'une bâche spirale de récupération 14, entourant le tambour 1 à sa partie inférieure. Cet ajutage est simplement muni d'une buse calibrée autorisant la sortie du condensat sans que la vapeur ne puisse s'échapper.



   L'ajutage 13 et sa soupape peuvent bien entendu être remplacés par tous dispositifs adéquats susceptibles de remplir les mêmes fonctions.



   La vapeur servant au chauffage du tambour est introduite dans la chambre de vapeur 4 par un conduit   15    solidaire du tambour 1 et relié à une tubulure d'alimentation 16 par l'intermédiaire d'un joint rotatif 17.



   La vapeur condensée dans les ailettes 6a et 61 est repoussée par la force centrifuge vers la paroi extérieure 2 du tambour 1 d'où elle est évacuée par un orifice de sortie du condensat 18 avec lequel communique un second ajutage 19 débitant ce condensat dans l'ouverture d'une seconde bâche spirale de récupération 20. Ici, également cet ajutage peut être complété d'une soupape non représentée interdisant toute entrée de fluide, vapeur ou air, dans le tambour 1 lorsque celui-ci tourne et est vide de vapeur.



   Dans la forme d'exécution illustrée, les vapeurs produites dans la chambre 5 montent au travers du conduit 10 vers un condenseur centrifuge monté directement sur l'évaporateur et dont la partie rotative est cinématiquement solidaire du tambour 1.



   Alors que l'alimentation de la buse 9 de l'évaporateur en solution à condenser s'effectue au travers d'un premier conduit 22a traversant axialement le condenseur 21, l'alimentation en eau de réfrigération du condenseur a lieu par l'intermédiaire d'un second conduit 22b, entourant le premier. Ces conduits sont branchés à des sources de liquide correspondantes par des conduits 23 et 24 et des joints rotatifs intermédiaires 25 et 26.



   La récupération des produits condensés s'effectue par un conduit 27 dont est munie une bâche immobile 28 entourant le condenseur 21.



   Ce condenseur peut être du genre décrit dans le brevet suisse   No    501198 comme il peut être de construction différente, notamment ne pas être solidaire en rotation de l'évaporateur et lui être relié par un simple conduit.



   Il convient toutefois de signaler que la disposition illustrée du condenseur sur l'évaporateur permet de créer dans celui-ci une dépression relativement importante facilitant d'autant l'évaporation dans la chambre 5.



   L'évaporateur décrit peut être l'objet de différentes variantes de détail: ainsi, par exemple, pour faciliter le démontage en vue d'en permettre le nettoyage, la chambre d'évaporation pourrait être constituée par une pile de plaques de chauffage annulaires démontables. De plus, les ailettes ou plaques de chauffage pourraient avoir une forme tronconique s'évasant dans le sens de l'écoulement général de la solution.



   Il est évident que les ailettes pourraient être chauffées différemment, par exemple par voie électrique. De plus, dans certains cas, il pourrait suffire de chauffer par la vapeur seulement une ailette sur deux. Ainsi les ailettes 6a, 6c, 6e, 6g, 6i et 6k comprenant les passages axiaux pourraient être réalisées sous forme de plaques annulaires pleines remplissant essentiellement le rôle de chicanes intermédiaires.



   Etant donné que, dans l'évaporateur décrit la circulation de liquide s'obtient grâce à la force centrifuge, le fonctionnement est indépendant de la force de gravité et, par conséquent, l'axe de rotation de l'évaporateur peut avoir toute autre position que la position verticale représentée. De plus, à toute variation du débit de liquide distribué par la buse 9, correspond une variation inverse du temps de séjour de ce liquide dans l'évaporateur: il est en conséquence possible, en agissant sur ce débit, de régler la concentration du condensat obtenu.



   En outre, la vitesse de circulation du liquide dans l'évaporateur n'est pas dépendante de la formation de bules de vapeur.



   Il est à remarquer aussi que l'évaporateur décrit peut avantageusement être réalisé sous forme d'un évaporateur à multiples effets. Dans ce cas, plusieurs chambres d'évaporation peuvent être disposées sur un même axe de rotation, la solution circulant par l'action de la force centrifuge comme décrit ci-dessus et passant en série
 d'une chambre à l'autre, tandis que le solvant évaporé dans chaque chambre est utilisé pour chauffer la chambre
 suivante, le solvant évaporé dans la dernière chambre pouvant être condensé dans un condenseur approprié.  



   Par rapport aux appareils connus, cités précédemment, l'évaporateur décrit présente, en résumé, les avantages ci-après:
   ¯l'évaporateur    fonctionne sans pompe d'alimentation en solution à condenser, cette solution étant expulsée en continuité, par le distributeur tournant 9, sous l'action de la force centrifuge qui lui est communiquée par rotation de ce distributeur;
 - la circulation de la solution à concentrer entre les ailettes de l'évaporateur est réalisée sans pompe et est uniquement due à la disposition en   cascade   des différentes rainures délimitées par les ailettes;
 - la surface de chauffage des ailettes est utilisée en totalité, le liquide s'écoulant dans tout l'espace entre les ailettes et non sous forme de film sur une seule de leurs faces;

   ;
   ¯dans    la zone d'évaporation, le long des bords des rainures délimitées par les ailettes, les particules liquides que la vapeur serait à même d'entraîner sont au contraire séparées de cette vapeur sous l'action de la force centrifuge dont elles sont l'objet et qui les retient alors que la vapeur se dégage;
   ¯l'évaporateur    permet de concentrer à un haut degré même des solutions donnant lieu habituellement à formation d'écume;
 - à l'intérieur de l'échangeur, il n'y a aucun déplacement relatif de pièces mécaniques. 

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Evaporateur pour la concentration de solutions selon la revendication du brevet principal, caractérisé par le fait que, pour chaque ailette (6c, 6e..., 6k) présentant le passage (8b, 8c..., 8f), la distance comprise entre son bord libre et l'axe de pivotement est égale à la distance séparant cet axe et le bord libre de l'ailette voisine à surface continue (6b, 6d..., 61).