BE472772A

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Publication number: BE472772A
Authority: BE
Priority date: 1946-04-24
Filing date: 1947-04-24
Publication date: 1947-05-31
Also published as: GB641429A; FR945581A; DK70637C; US2619453A; NL70084C

Description


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  "Perfectionnements apportés aux procédés etinstallations pour la distillation de   l'eau".   



   On se sert de l'eau dis tillée pour .de nombreux usages notamment pour l'alimentation des installations à chau-   dières   et à bord des bateaux pour alimenter les chaudières et comme eau potable. On s'en sert également pour la fabrication de   la. glace,   pour des accumulateurs et dans diverses industries chimiques. On a essayé, jusqu'ici, différentes Manières pour obtenir   l'eau   distillée d'une manière économique, par exemple en ayant recours à des installations à plusieurs étages etchauf- 

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 fées à la vapeur. Ces installations sent toutefois relsti virent coûteuses d'une part à ceuse de leur prix de revient <.Jiévé et, 
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 d'autre part, en ce qui concerne leur fonctionnement et leur 
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 maintien en état.

   De plus, elles sont très EYlCombnil1tes. :Pour les installations à étapes multiples;. ormn2.iri1(JlËnt utilisées, le consOl",llnation de la: chaleur vnrie entre 100 et 300 t:rr;ndes colories pcr kgr d'eau distillée. De plue, on OONJO'-'n6 uns 081'laine quantité d'4n'ergie électrique et une ulltité importante Ci'ec'J réfrigérante.

   Ce n'est qu'en se servant C3'lilSt2.2't'LOn:i distilla foires de 8 à 10 étages que l'on parvient à st teindre une coiiso1=1i;r;tion de ohsieur inférieure à 100 grandes c810rie8 j:;r kgr cJ'emt distillée.! ntsis ce!? installations sont telle:?nt encombrantes Gt coûteuses à conetruirs que les DV8nta;...es, obtenus jr: i? l'économie plus grande en Gl1f:le1.1r, ne peuvent t .p x compenser le& inconvénients qui résultent des dimensions import[:!1tes de l'instsilstion en ce qui concerne ses frets d'stsb lissèrent et les 
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 dépenses d'exploitation. 
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  LF1 pr:isentE invention a pour but de réaliser un procédé de distillation de l' e 8'1 pi- ? r le 0u Ë le ù c o n # oi;>i:i# t 1 con de l'snerjie e ijj r gr d'eau distillée est notFb1EMcnt plue fRible ("lG pour les ir:tzac;es. spplicuees jusqu'ici, 1'instruction disti IlBtcire, utilisée pour 18 faisn en oeuvre de ce nouveau procède, ::ûÛ2t ,SetîE-7.'i¯C,?'eYlt t mo 1 nz,,à 1 cc nb r x- n te . -et plus FCCnOa;?il¯?7C que les i ns ta 1 la ti o ns connues Coror;:'Ferzent à l'invention ce but est atteint t pi l' une 00f.1.oin8ison de disïa.sitions connues per se rnpis ;,;a:r laquelle on obtient un accroissement considérable de l'sconomie en oh81±;'1r. 



  L'invention consiste, principalement, à svoir recours à une installation distillotolre dir1=s> laquelle la V[,1(1).1' dégagée par l'esu introduite clpt1s l'instsilstionest cor::l:rit::ée clans un compresseur ['J'fOnt un faible rapport de compression, par exetfrple de 1,1 à 1,4 afin que 1 t6m1;él'[tur6 de e la vP::'-'C'.1!' soit 8uLmEmtée, 

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 après quoi la   -vapeur   est condensée sous forme   d'eau   distillée dans:,.-un. échangeur de température par lequel la chaleur, resul- tant de la condensation, est transmise à l'eau brute contenue dans'   l'installation.   Pour obtenir une bonne économie il est important que l'échangeur de température puisse fonctionner avec   un faible écart de températures, par exemple de 4 à 6 C.

   A cet t   effet il est nécessaire d'éviter les incrustations et pour cette raison, conformément à une autre caractéristique de l'invention, on traite l'eau brute de manière telle, par exemple par électro- lyse ou par l'addition de produits chimiques, que les substances solides contenuedans ce tte eau soient;   ,au   cours du chauffage de celle-ci, précipitées sous forme d'une boue afin qu'elles puissent être aisément enlevées hors de l'installation   d.istillatoire.   Une autre condition, pour obtenir une bonne économie de chaleur, est que les conduite, amenant la vapeur dégagée à la surface de l'eau brute par   l'intermédiaire   d'un compresseur jusqu'à l'échangeur de chaleur, provoque une chute réduite de la pression de la vapeur. 



   Une autre condition est que l'eau brute soit mise en circulation en quantité telle, par unité de temps et à travers l'échangeur de chaleur, que son accroissement de température au cours de son passage dans ce  éohangeur   soit seulement de 0,5 à 1 C. On obtient ainsi également que l'eau ne s'évapore pas dans les conduits de l'échangeur de température de sorte que l'accroissement du point d'ébullition de   l'eau,   produit par la pression hydrostatique, est sans conséquences. 



   Par l'utilisation combinée des dispositions indiquées ci-dessus il est possible de distiller de   l'eau avec   une consomma-   . tion   d'énergie de   1/40 -   1/60 kWh par kgr d'eau distillée. Comme une installation d'énergie moderne est capable de produit 1 kWh avec 3000 à 3600 grandes calories fournies par le combustible, on peut obtenir l kgr d'eau distillée   avec .une   chaleur équivalente à   50 -   60 grandes calories. 

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 une installation dietillatcire, convenant à la mise en oeuvre du procède selon l' inven ti on, comprend un générateur de vapeur monté dens le y,gme circuit qu'un cchsngeur de tcm:

  I?6rEJtlJ.re et une pompe de ci rouis tien, un conduit d'échappement de 14= vi<j,e'.ir reliant ledit générateur à un compresseur dont la 
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 sortie est reliée à l'échangeur de température susdit, alors au'une 
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 électrode ou une paire d'électrodes, convenant tU frai terrent electrolytipue de l'eau, est établie dans le circuit Constitue par le générateur de vapeur, l' échri!:1!.::;e1J r de température et t la pompe de ci rc!z1s tien. 



  .Les dessins ci-annexes montrent) E'Ch,'11atir')e1ilent et à titre d'exemple, une installation convenant a 18 mise en 
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 oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention. 
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  Les figures 1, 2 et 5 montrent, respectivement en élévation, en vue en bout et en plen, l'installation susdite. 



  Sur les dessins on a désigne par 1 un r:;inéN'tev.r de V81=6'Jr dans lequel débouche un conduit d'anenée 15 peur l'eau brute Ch8')ffée préalablement, un conduit t .;1 pnrt du fond du générateur.1 1 et aboutit à une pompe de circulation 4¯ qui est entraînée IJor un aoteur électrique 5 L'ecu brute s'pcoule, depuis la pompe (le circula tien 4¯, vers un écheniie1J.r de terl.Pératere r nui, par ClC6'nJle iz ',i ehre du type tLlbJ .é: j.re 8VGC deo tubes verticaux. 



  1.:' G r-,'l 1'6 cllr".lffée dans cet t eah^n 't'G?r s'écoule par un CDnC.s'1 t 16 8 pénètre tcnt;entiel1ement dans le àénérate',ir 1 de telle sorte ou'un tourbillonn2:ner.t vif et un d!}l5ae:Yl6nt intense de l, vapeur soient produits dans ce générateur. La VE:f6 ';1", è.ébf.[e.;0e dr;ns le i::;énc;rote'.1.::', monte dans un dôme 1'7 oui cO':lprenc1, de iarr=.fF:rerce, un filtre u'jrgeur et hors duquel la vapeur s'é\coule par un conduit "') 9 vers l'entrée d'un compresseur 1:3rsnt un faible rey}\ort de compression et, par exemple, un turbo-cot:irrss::eur 6. Le turbo-aompresseur est F'é;encé de manière à pouvoir fonctionner avec un faible rapport de compression, par exemple de 1,1 à 1,4 et est 

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 entratné, par l'intermédiaire d'une transmission   7,   par un moteur électrique 8.

   La sortie du turbo-compresseur est reliée, par un conduit 10, à l'échangeur de température 2 dans lequel la vapeur est   comprimée  et   qui ,  par conséquent, est chauffé   à   une température plus élevée et fournit une partie de sa chaleur à l'eau brute qui   passe   également dans cet échangeur, de sorte que la   vapeur   est condensée et est débitée par une cuve d'aération
11 et une pompe à condensat 12 dans un échangeur de tampérature 13 dans lequel l'eau distillée sert à réchauffer l'eau brute fournie au générateur de vapeur 1, une électrode 14 est logée dans le conduit 3 afin que l'eau brute .puisse être traitée électrolyti- quement  de   la manière bien connue ,

   une électrode peut également être établie dans l'échangeur de température 13 pour évi ter les   inc@astations.   



   La théorie de la distillation dans une installation telle que décrite est la suivante : ,
Si la température absolue dans le générateur de vapeur
1 est T, si la pression correspond à la tension de saturation correspondante et si la vapeur est comprimée dans le turbo-compres-   . seur   6 à une pression correspondant à' la   température   T + dT et est condensée à cette pression, sa chaleur d'évaporation est libérée et est transférée, à la différence de température dT, par l'intermé- diaire de l'échangeur de chaleur à l'eau contenue dans le généra- teur de sorte qu'une quantité correspondante d'eau est évaporée. 



   L'énergie nécessaire pour comprimer la valeur peut être déterminée par la   formule E   = dT (SD - SV) dans laquelle   SD   correspond re s pe c- tivement aux entropie de la vapeur et de   l'eau.   un peut également écrire cette équation sous la forme   il% - ------ il (T.r) E = dr .i'' - i'/T = dT. (T.r)   dans laquelle i" et i' correspondent respectivement   aux   pouvoirs calorifiques de la vapeur et de l'eau et dans   laquelle r   est la 

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 chaleur d'évaporation.

   Il est donc évident si l'on veut réaliser une faible   conservation   d'énergie que dT doitêtre aussi petit que possible et T aussi élevé que possible ce qui implique que la transmission de la chaleur depuis  la   vapeur à l'eau brute doit avoir lieu avec une différence de température réduite ou, en d'autres mots , avecun faible rapportde compression de la vapeur dans le turbo-compresseur 6. 
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  La consommation d'énergie du turbo- compre. es eu:r dépend également   'de   la résistance à l'écoulement dans les conduits 9 et 11 etceux-ci doivent donc, ainsique le filtre purgeur   s'il   existe dans le dôme à vapeur   17,   avoir des dimensions/telles que vapeur ne rencontre qu'une faible   résis tance.   Par un dimensionnement approprié on peut maintenir la perte de pression à une valeur faible telle que la chute de température correspondante de la 
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 vapeur s'élève à o,1 0, (:. 



     Fpr   la compression dans le   turbo-compresseur   la vapeur est fortement surchauffée. Si elle est comprimée par exem- 
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 1,,le depuis 1,OS5S 1cg/cm2 à une température de louve jusque 1,27511 k,-/ o n) 2, ce qui i co rre 6..9 ond à la Sa ture ti on de la va 1'6 ur à une température de ,6C , la température augmente jusque 125 C si le rendement du compresseur est supposé être de 0,7. La chaleur, qui doi t être transmise par la vapeur et par le condensât de celle-oit à l'eau brute de l'éctza ngeur de température n'est, toutefois, trsl'1sr1ise qu'à un degré réduit à une différence de température de û6"t;, Cor.1111e on pourrait le supposer de ce qui précède car la chole1.U' de la vapeur au-dessus du point de saturation correspond environ à 1% dila qu,-;ntité totale de chale'.:1' qui doit 8tr6 trans- férée.

   Le restant de la chaleur doit tre transmis à une   différen-   ce de température de 4 à 6 C. 



   La température de l"eau, à l'intérieur du générateur 
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 de vaj,eur 1, n' es pas plus élevée c:ue celle correspondant à la tension de vapeur de l'eau pure car les il--tières solides dissoutes 

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 diminuent la tension de vapeur de   l'eau. Dans   le cas de l'eau de source ordinaire, le point d'ébullition est d'environ U,U1% plus élevé que celui de l'eau pure mais si l'on admett que 5%, per exemple, de l'eau mise en circulation sont   constamment   pré- levés pour 1'enlèvement des boues (voir ci-dessus), on peut ad-   mettra   que le point d'ébullition de l'eau circulant dans le   géné-   rateur est augmenté d'environ 0,1 à   0$2-Ce   
La pompe de circulation a deux fonctions différentes.

   rebord elle doit donner à   1.'eau   qui traverse les tubes de l'é- changeur de   température ?   une vitesse relativement grande, par exemple de 1,5 à 2 m/sec., afin que le coéfficient de transmission de la chaleur   depuis la   paroi d'un tube à l'eau soit suffisamment élevé pour que la surface de l'échangeur puisse avoir des dimen- sions raisonnables   même   pour une différence de température réduite, par exemple 2 C, entre la paroi du tube et l'eau. De plus, la pompe de circulation a pour fonction de faire circuler la quantité né-   cessaire   d'eau par unité de temps à travers l'échangeur de tempé- rature.

   Comme on doit veiller à ce que l'accroissement de la tem- pérature de l'eau, au cours de son passage à travers   l'éohangeur,   ne soit pas trop grand pour obtenir une différence de température convenable pour le transfert de la chaleur, on doit produire la circulation d'une quantité élevée d'eau comparativement à la quan- tité d'eau qui a été évaporée.

   Si l'on admet que l'accroissement de température de l'eau, traversant l'échangeur, doit être d'environ 0,5 à 1 a et que la chaleur produite par la condensation de la vapeur dans ledit échangeur correspond à 540 grandes calories kgr, on doit faire circuler des quantités d'eau 600 à 1000 fois plus grandes que celle qui est évaporée. il est, par conséquent,   impor-   tant de maintenir la consommation d'énergie nécessaire   à   ce tte circulation aussi faible que possible en donnant aux conduits et à la pompa 4 des dimensions et des formes appropriées.

   La pression partielle des gaz dégagés par la condensation de la vapeur dans      

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 l'échangeur de température doitêtre maintenue à une valeur réduite convenable à l'aide d'une pompe appropriée oui peut êtrc reliée à la cuve   d'aération"11,   une pression partielle des   Gaz,   correspondant par exemple à une colonne d'eau de 43 mm.   provoque   une per te de   u,l"'C   pour la différence de température effective ou réelle dans ledit échongeur et, d'autre part, une pression partielle trop élevée des ganz donne lieu à une   diminu-   tion du coéfficient de transfert de la chaleurdepuis la vapeur condensée aux parois de l'échangeur en question.

   Si le condensat est utilise pour l'alimentation en eau des chaudières, il est également essentiel que sa teneur en air soit aussi faible que possible. un autre moyen pour   augmenter   l'économie de   chaleur   réside dans le fait que l'on maintient la chute de température, à travers lesparois des tubesde l'échangeur de chaleur, à une   valeur     sussi   réduite que possible en   choisissent   convenablement les   Matériaux   utilisés pour constituer ces tubes et les dimensions de ceux-ci.

   Si l'on se sert, par   exemple.,   de tubesen acier inoxydable, l'épaisseur de leurs parois ne doi pas être supérieure à 1,25 mm. un facteur qui peut également influencer, d'une manière   préjudiciable,   l'économie de l'installation est le forma- tion d'incrustations car même une couche d'incrustations très faible est capable de modifier complètement le fonctionnement envisagé de l'installation, un y remédie à l'aide de l'électrode   14   établie dans le   conduit 1,   cette électrode pouvant être en   aluminium,   par exemple, alors que la paroi 'voisine agit comme   cathode,   L'éléctrolyse de l'eau provoque, avec une consommation très réduite de courant,

   le dépôt des matières solides contenues        cette   eau en même temps que   l'hydroxyde   d'aluminium   foxmé   par l'électrolyse,   l'ensemble   donnant une boue désagrégée qui ne peut pas se déposer elle-même, sous forme d'incrustations,   dans.. '   

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 les tubes   'verticaux   de l'échangeur de chaleur. Cette boue, par suite de la circulation intense de l'eau, est répartie finement dans celle-ci et peut être enlevée en prélevant constamment une certaine quantité dE l'eau en circulation, par exemple 5%, par un   conduit  18 qui peut comporter un robine t de réglage 19. De cette manière il est possible de maintenir les parois des tubes de l'échangeur très propres et lisses. 



   L'ensemble de l'installation doit être bien calori-   -'fusé   afin d'éviter les pertes de chaleur dans l'ambiance. Dans certains cas il peut être avantageux de faire agir dans l'instal- lation une pression supérieure ou inférieure à la pression   atmosphé-   rique.

   De plus, il n'est pas nécessaire que la précipitation des matières solides, contenues dans l'eau, soit obtenue par l'électrolyse car il est également possible de précipiter les bouespar addition de matièreschimiques à   l'eau.   Si l'eau distillée est utilisée pour alimenter des chaudières il peut être avantageux de supprimer l'échangeur de   chaleur 13.   l'eau d'alimentation étant fournie à la chaudière à la température du générateur de vapeur alors que l'eau brute, introduite dans l'installation, peut être réchauffée, par exemple à l'aide d'un serpentin établi dans la :vapeur ou par   l'introduction   directe de la vapeur ce qui permet de réduire lesfrais   d' é tablis sement.   



   Le prix de revient   d'uns   installation, telle que décrite, est notablement plus faible que dans le ces d'une installation distillatoire ordinaire et à étage unique de même capacité. 



  La consommation d'énergie est également réduite, lorsqu'on applique la méthode qui fait l'objet de l'invention à une fraction de celle nécessaire pour le procédé   usue 1.

Claims

R E S U M E.

L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux procédés et installations pour la distillation de l'eau, lesquels perfectionnements, utilisés séparément ou en combinaison, <Desc/Clms Page number 11> consistent notamment : -- pour ce qui est des procédés du genre en question- à avoir recours à une installation distillatoire du genre de celles dans lesquelles la vapeur développée par l'eau introduite dans l'installation est comprimée dans un compresseur ayant un faible rapport de compression et est condensée dans un échangeur de chaleur dans lequel la chaleur, produite par la condensation, est transmise à l'eau brute contenue dans l'installation; à faire intervenir une différence de température rédui te dans ledit échan- geur de chaleur;

à traiter l'eau brute de manière telle qu'elle puisse précipiter son contenu en matières solides sous forme d'une boue ; à avoir recours à des conduits à grandes dimensions età surfaces lisses pour faire passer la vapeur, dégagée à la surface de l'eau brute, par l'intermédiaire dudit compresseur audit échangeur de chaleur; et à faire circuler des quantités telles d'eau brute à distiller à travers ledit échangeur de chaleur que l'accroissement de température de l'eau, qui passe dans celui-ci, soit faible comparativement à la différence de température à laquelle le transfert calorifique est effectué; - à soumettre l'eau brute à l'électrolyse; - à prélever constamment une certaine quantité d'eau, circulant dans l'échangeur de chaleur,pour enlever les boues précipitées;

- à faire circuler une quantitéd'eau de 600 à 1000 fois plus grande à travers l'échangeur de chaleur et par unité de temps que celle qui est évaporée par unité de temps; et-- pour ce qui est des installations du genre en question -- à leur faire comporter un générateur de vapeur, un échangeur de chaleur relié librement à celui-ci, desmeyens pour faire circuler de l'eau à travers ledit générateur et ledit échangeur, un compresseur, un conduit pour introduire de la vapeur provenant dudit générateur, dans ledit compresseur, un <Desc/Clms Page number 12> conduit pour introduire de la vapeur débitée par ledit compres- seul' audit échangeur etdes moyens pour soumettre l'eau, qui traverse ledit générateur et ledit échangeur, à une électrolyse;

- à constituer les moyens, par lesquels on obtient la circulation d'eau, à travers le générateur et à travers l'@- changeur, par une pompe; - et à constituer lesmoyens par lesquels l'eau brute est soumise à l'électrolyse, par une ou plusieurs électrodes -établies dans un conduit qui s'étend'depuis la pompe susdite jusqu'au générateur.

L'invention vise plus particulièrement certains modes d'application ainsi que certains modes de réalisation desdits perfectionnements; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les installations du genre en question, comportant application desdits perfectionnements ou convenant à la mise en oeuvre des procédés susdite, ainsi que les éléments et appareils spéciaux propres à leur établissercent.