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PROCEDE ET DISPOSITIF DE VAPORISATION DE SOLUTIONS.
DE SELS, SUCRES ET AUTRES,ET DE GENERATION DE VAPEUR
Lors de la vaporisation de solutions de sels, de su- cre et autres, et de la génération de vapeur dans des chau- dières à vapeur, il y a déposition sur les surfaces chauffan- tes de corps contenus dans la solution. Non seulement, ces dépôts réduisent considérablement le coefficient de conducti- bilité calorifique et diminuent l'efficacité de l'appareil évaporateur,. ou de la chaudière, mais ils produisent souvent, par le chauffage de la flamme, la perforation des parois du réchauffeur.
La formation d'incrustations sur les surfaces chauf- fantes doit être attribuée au pouvoir adhésif des petites particules de substances contenues par la solution au moment de leur formation, notamment au moment de la formation des bulles de vapeur dans la solution. Il est connu que celles- ci peuvent notamment se former seulement lorsque la pression
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à ces enüroits donnés est plus basse que la tension de va- '"peurqai corxespond la température de ces endroits.
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Afin d'empêcher la formation de dépêts sur la surfa- ce chauffante, l'on doit, suivant l'invention, produire dans le réchauffeur une pression qui dépasse la tension de la va- peur saturée pour la température atteinte par la solution lorsqu'elle sort du réchauffeur. Cette pression est augmen- tée suivant l'invention, en maintenant au-dessus du réchauf- feur une colonne liquide d'une telle hauteur, que sa pression augmentée de la pression de la vapeur qui se trouve au-dessus ou de la pression atmosphérique, soit plus élevée que la ten- sion de la vapeur saturée pour une température égale à celle que possède le liquide lorsqu'il sort du réchauffeur.
Pour cela, la canalisation qui conduit le liquide préchauffé, du réchauffeur au séparateur,doit avoir une section qui ne dépas- se pas la section de passage du liquide à travers le réchauf- feux . De cette manière, l'on évite l'ébullition du liquide dans le réchauffeur, et la formation ae dépôts sur les surfa- ces chauffantes.
Le dessin ci-j'oint montre quelques dispositifs modi- fiés suivant la présente invention, pour la vaporisation et la génération de vapeur, et notamment: les fies, 1 et 2 montrent un évaporateur Robert en coupe verticale et horizontale, et la fig. 3 montre un évaporateur muni d'un tuyau de circu- lation ; les figs. 4 et 5 montrent respectivement une coupe verti- cale et horizontale d'un réchauffeur employé comme chaudière à vapeur ; les figs. 6 et 7 montrent un réchauffeur à boites à vapeur suspendues; les figs. 8 et 9 montrent un réchauffeur à foyer tubuiai- re horizontal, et les figs.10 et Il montrent un réchauffeur qui consiste en deux appareils séparés, superposés.
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Enfin,la fig. 12 est une coupe verticale d'une chau- dière à. tubes d'eau disposée suivant l'invention.
Le réchauffeur consiste en un récipient 1,(figs. 1 et 2) muni en haut d'un ajutage tubulaire 5 pour la vapeur qui est chassée de la solution, et d'un ajutage 3 pour l'évacua- tion des boues. A l'intérieur dU récipient, de trouvent des parois 6 et 7 avec des tubes de foyer sortis 8. Les tubes 8 forment avec les parois 6 et 7 un bouilleur dans lequel la vapeur passe par la canalisation 10 dans les espaces entre les tubes, tandis que l'eau de condensation est evacuée par la canalisation 11. Au-dessus du bouilleur se trouve un vase 13 ouvert avec un fond ovale, sphérique ou plat 14.
Le vase 13 se trouve en communication au moyen ci' une canalisation extérieure e avec la chambre qui se trouve en-dessous du fond 6.
Entre les parois du récipient 1 et celles du vase 13 se trouve une chambre annulaire, dans laquelle la solution qui s'échappe du bouilleur est conduite le long du fond 14.
Au-dessus du rebord supérieur au vase 13 se trouve une surfa- ce en forme de toit 15, qui conduit la solution en ebullition dans .le vase 13. La section de la chambre annulaire est plus petite ou égale à la somme des sections des tubes de foyer, cependant, elle doit être suffisamment grande pour qu'elle ne produise pas un étranglement du liquide qui y circule.
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.tI41/)1ÛJt.t4'±l.Jd,tuJ. La solution/évaporer s'écoule dans le vase 13 par la canalisation 12.
L'évaporateur illustré fonctionne de la manière sui- vante:
Afin que l'ébullition de la solution dans le bouil- leur soit empêchée comme dit dans le préambule, l'on doit maintenir au-dessus d'elle une colonne liquide d'une telle hauteur que sa pression augmentée de la pression de la vapeur Située au-dessus ou de la pression atmosphérique soit plus élevée que la tension de la vapeur saturée à la température
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atteinte par la soluion à sa sortie du bouilleur.
La solution réchauffée dans tes tubes 8 est conduite dans l'espace annulaire situé entre le récipient 1 et le vase 13, où après qu'elle a atteint le niveau pour lequel la pres- sion de la colonne de solution qui s'y trouve est plus bas que la tension de vapeur saturée correspondant à la température donnée, elle commence à bouillir, et la vapeur qui s'échappe prend la solution avec elle et la projette dans le vase 13.
Pendant que le mélange de vapeur et de solution vient heurter la surface 19 'en forme de toit, elle se divise,, et la vapeur s'échappe par l'ajutage 5, tandis que la solution refroidie par suite des évaporations s'écoule dans le vase 13, d'OÙ elle revient par la canalisation 9 dans le radiateur 8.
De cette manière, on fait faire 4 la solution un circuit, ce qui ' n'entraîne pas une diminution de la vitesse de passage par une augmentation de la colonne liquide au-dessus du bouilleur pour un choix convenable de sa section, comme c'était le ces avec les évaporateurs connus jusqu'à présent mais elle aug- mentera encore, car la vapeur qui se forme dans l'espace entr le récipient 1 et le vase 13 agit d'une macère analogue à celle de l'air dans une pompe à air comprimé.La solution est ainsi pompée de l'espace entre le récipient et le vase 13, dans ce dernier.
Comme la solution s'évapore seulement dans l'espace annulaire, le dépôt n'a lieu que dans cet espace, et plus le chemin parcouru par les cristaux est long, plus leur croissan- ce sera abondante.
Dans la fig. 3, il est montré un évaporateur genre Robert, qui se differentie de celui décrit en cela que le tuyau de circulation 9 ne se trouve pas à l'extérieur, mais à l'intérieur du récipient. son mode de fonctionnement est le même que celui de l'évaporateur montré dans les fige* 1 et 2.
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Les figs. 4 et 5 montrent un évaporateur qui se dif- férentie des précédents en cela que son réchauffeur est adap- té à un combustible sellas ou liquide.
Entre les tubes 8 se trouvent disposées des parois de séparation 28 qui forcent les gaz de combustion à parcou- rir un plus long chemin entre les tubes.
La fig. 6 montre une coupe verticale faite da--s l'é- vaporateur universellement connu à tubes verticaux, type
Robert, avec la chambre de vaporisation suspendue. Le c?nal pour la vaporisation de la solution chaude est formé ici d' un côté par les parois prolongées 29 d'un bouilleur cylindri- que 30, et d'un autre côté de nouveau par le tuyau de circu- lation prolongé 9. La section du dit canal correspond aux conditionsénumérées à propos de la description de l'évapora- teur décrit dans les figs. 1 et 2. La fig.7 montre un évapo- rateur qui se différentie des précédents en cela qu'il n'a pas de tube de circulation 9. Les parois 29 du bouilleur se terminent en un tronc de cône, dans l'ouverture duquel se trouve fixé un cylindre ouvert 30.
Ce dernier joue ici le rô- le d'une canalisation à l'intérieur de laquelle la solution est évaporée, tandis que l'espace situé entre lui et le réci- pient 1 remplit la fonction du vase 13 et du tuyau de circu- lation.
Les figs. 8 et 8 montrent un évaporateur analogue.
Cet évaporateur se différentie de celui illustré dans la fig.
7,, dans lequel les bouilleurs sont identiques à tous ceux u- tilisés dans les évaporateurs précédents.
La fig. 8 en est notamment une section transversale verticale et la fig.9 une coupe longitudinale verticale d'un évaporater couché, c'est-à-dire en forme de coffre.
Cet évaporateur montre, comme le précédent, un mocte de réalisation dans lequel le bouilleur et la canalisation d' évaporation se trouvent situés dans un même vase, dont les côtés longitudinaux sont désignés par 1, le côté transveren côtés longitudinaux sont décignés par 1, le côté transversal
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antérieur par 6 et le postérieur par 7, le fond par 2 et le couvercle en forme de moitié de cylindre par 18.
Les parties inférieures des côtés transversaux 6 et 7 sont formas en même temps comme des tamis dans le quels les tubes de foyer 8 sont sertis horizontalement ou légèrement in- clinés. La vapeur de chauffage arrive dans la boite . vapeur 20 par le tuyau 10, et l'eau de condensation quitte la boite 21 par le tuyau 11.
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M1-JIIllL Le lic:uidées conduit . l'évaporateur par le tuyau .d / 12, tandis que la quantité qui en est évaporée s'échappe par l'ajutage 5.
Dans cet évaporateur universellement connu se trouve fixée)suivant l'invention, sur toute sa longueur, attenant aux côtés transversaux e et 7, une paroi séparatrice uniforme qui consiste en une partie inclinée 9 ayant un rebord infé- rieur recourbé un peu vers le bas, et en une partie verticale 13 parallèle aux côtés et au couvercle de l'évaporateur 18.
L'ajutage 5 se prolonge jusqu'à une faible distance en-dessous du rebord supérieur de la paroi séparatrice 13.
L'écartement entre la paroi séparatrice 13 du côté 1 de l'évaporateur est choisi de telle manière qu'il reste en- tre eux un passage, c'est-à-dire un canal pour le liquide chaud, doitla longueur est limitée par le rebord 15 de la pa- roi séparatrice 13 et le couvercle 18 de l'évaporateur. L'es- pace qui se trouve entre le côté gauche 1 de l'évaporateur, la paroi séparatrice 9-13 et les parties latérales 6 et 7, forme un récipient pour le liquide refroidie qui correspond au vase 13 des figs. 1 et 3. La partie inclinée 9 de la paroi séparatrice correspond au cône 14 des figs, 1 et 3, et le pas- sage entre le recourbement dirigé vers le bas de la paroi séparatrice 9 et le côté gauche 1 de l'évaporateur prend ici la fonction du tuyau de circulation 9 de la fig 3.
Le niveau constant du liquide 16 reste ici en-dessous du bord du passage 15.
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Dans)des cas spéciaux, la paroi séparatrice ne doit pas atteindre le sommet du couvercle 18, ou même son comnen- cement, mais alors on doit disposer au-dessus du canal une surface en forme de toit, qui conduit le liquide dans le ré- cipient.
La fige 10 montre un évaporateur qui consiste en un bouilleur et un séparateur, qui sont situés dans des reci- pients séparés.
:Le bouilleur de cet évaporateur peut être constitué d'une chaudière ou d'un réchauffeur à vapeur construit de toute manière.
Le séparateur consiste en un vase horizontal ou in- cliné à côtés 31 et à fond convexe ou concave. Ce vase joue en même temps le rôle du récipient pour le liquide refroidi et correspond au vase 13 de la fig.l.
Le liquide réchauffé dans le bouilleur est conduit dans un canal 34, dont la section correspond aux conaitions mentionnées ci-dessus. Cette canalisation pénètre dans l'é- vaporateur d'en bas ou de côté et atteint avec son rebord
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supérieur 15 un point plus élevé que le niveau constant de .(,Uf.1u l:i.qU1deJ.A l'autre extrémité du récipient 31 est dérivé un tube 9 conduisant le liquide refroidi dans le bouilleur, Ce tube peut avoir son commencement directement au fond de 1' évaporateur 31, ou atteindre à l'intérieur le niveau cons- tant du liquide 16. Dans ce dernier cas, l'on dispose un a- jutage 3 au fond du récipient 3 pour l'évacuation du préci- pité qui se sépare du liquide en ébullition.
La fig. il montre un évaporateur qui consiste en deux récipients qui se différentie des précédents seulement en cela que son séparateur est un vase fixe dont la construc- tion est tout à fait identique à celle décrite dans les des- criptions précédentes relatives aux figs.l et 2.
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La fig. 12 montre un évaporateur à deux vases, qui se differentie des précédents en cela que son séparateur est identique à celui décrit précédemment et illustré dans la fig. 7, et le réchauffeur forme un récipient à tubes d'eau dont la construction fut décrite dans les figs. 4 et 5.
L'on peut conduire le liquide chauffé de plusieurs réchauffeurs séparés dans une canalisation de réparation commune, quand les températures du liquide dans les divers réchauffeurs ne sont pas très différentes les unes des au- tres, ce qui permet d'obtenir la chaleur pour chacun des réchauffeurs de sources différentes, par exemple l'un par de la Vapeur$ l'autre par du feu, le troisième pourrait être chauffé électriquement. Dans ce but, une condition doit être remplie et notamment, pour la hauteur requise du niveau de liquide constant chacune des sources de chaleur doit % être capable de réchauffer le liquide dans son réchauffeur jusqu' à une température pour laquelle la tension de la vapeur qui sort du rechauffeur ne dépasse pas la pression de la colonne liquide qui se trouve dans la canalisation commune.
Le liquide réchauffé dans un grand réchauffeur peut être conduit dans plusieurs séparateurs, pourvu que le niveau constant de liquide dans les séparateurs, c'est-à-aire dans les récipients du liquide refroidi pour les divers évapora- teurs soit maintenu au même niveau.
Les dispositifs décrits de vaporisation et de généra- tion de vapeur ont répondu dans la pratique à toutes les non- ditions, c'est-à-dire lorsqu'on fait évaporer la solution la surface chauffante est libre de tous dépôts, et par consé- quent son rendement en tenant compte du choix convenable de section pour le passage du liquide chauffé, est augmenté considérablement par rapport aux évaporateurs connus Jusqu' à présent.