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PERFECTIONNEMENTS AUX INSTALLATIONS D EVAPORATION D EAU, ET NOTAMMENT D'EAU DE MER.
La présente invention concerne les installations d'évaporation à simple ou multiple effet du type dans lesquelles de l'eau brute, telle que de l'eau de mer ou de l'eau d'estuaire, est évaporée en vue d'éliminer les matières formant des dépôts présentes dais l'eau brute, la vapeur ainsi produite étant ultérieurement condensée, et le condensat étant disponible pour être utilisé comme eau de table ou dans des chaudières à haute pression.
L'invention est applicable , entre autres, aux installation; de distillation dans lesquelles la vapeur, produite par évaporation du liquide dans un évaporateur, pénètre dans un compresseur dans lequel la vapeur est portée à une pression plus élevée, et passe à la surface de chauffe de l'évaporateur où la chaleur contenue dans la vapeur comprimée est transmise, à travers la surface de chauffe, au liquide en cours d'évaporation dans l'é- vaporatéur. Le compresseur peut être du type volumétrique, centrifuge ou rotatif à'flux axial.
On rencontre certaines difficultés dans le fonctionnement des installations de distillation du type indiqué ci-dessus, du fait de la précipitation des constituants indésirables contenus dans l'eau brute sur les surfaces de chauffe à travers lesquelles la chaleur est transmise de la vapeur de chauffe à l'eau brute en cours d'évaporation.
Les constituants qui précipitent sur la surface de chauffe se lient au métal de la dite surface, et, dans bien des cas, forment des incrustations extrêmement dures qui présentent une sérieuse résistance à la transmis ion de chaleur du fluide de chauffage au liquide, ce qui réduit fortement le rendement susceptible d'être obtenu d'une installation donnée et entraîne des frais et des inconvénients considérables düs à la mise hors service de l'installation pour permettre les opérations de nettoyage nécessaires à l'enlèvement des incrustations ainsi produites sur les surfaces de chauffe. Avec l'eau de mer, notamment, la formation de telles incrustations est très rapide, ce qui fait que les interruptions de service pour le nettoyage sont très fréquentes et
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graves.
Dans bien des cas, pour compenser la résistance offerte par la formation des incrustations, jusqu'ici inévitables dans de telles installations,il est nécessaire de prévoir des surfaces de chauffe beaucoup plus grandes que celles qui suffiraient à transmettre la quantité de chaleur voulue si les surfaces de chauffe étaient maintenues propres, ce qui entraîne des installations d'une importance beaucoup plus grande et d'un prix de revient plus élevé que ceux qui seraient nécessaires autrement pour un travail déterminé.
Des expériences faites sur une large échelle ont montré que, dans les conditions de fonctionnement usuelles, les incrustations qui se forment peuvent être constituées, soit par un dépôt de carbonate de calcium dénommé calcite, soit par un dépôt d'hydroxyde de magnésium dénommé brucite, soit encore par un dépôt de sulfate de calcium qui peut être de l'anhydrite, du gypse ou de l'hémihydrate. Il peut se former des mélanges de ces dépôts dans des proportions dépendant des conditions de fonctionnement.
. On a indiqué dans le brevet belge No. 508.161 du 31 Décembre 1951 pour : "Mééthode de traitement de l'eau de mer pour installations d'éva- poration", certains composés chimiques sous forme solide, susceptibles d' être utilisés dans un évaporateur pour empêcher la formation d'incrustations ou de tartres boueux sur les surfaces à l'intérieur de l'installation d'évaporation. Dans la demande mentionnée ci-dessus, on a indiqué que, dans certaines limites de température, le dépôt formé est surtout du carbonate de calcium. Dans d'autres limites de température, le dépôt formé est surtout de l'hydroxyde de magnésium. Il existe également des conditions dans lesquelles il se forme un mélange de ces deux dépôts.
On a montré que ces dépôts résultaient de la dissociation des ions bicarbonate dans l'eau brute,dissociation qui provoque la libération d'ions carbonate, de gaz carbonique et d'eau, les ions carbonate se combinant dans l'eau avec les ions calcium pour former du carbonate de calcium sous forme de dépôt. En outre, la chaleur dissocie les ions carbonate, de sorte qu'il se forme des ions hydroxyle qui se combinent dans l'eau avec les ions magnésium pour former un précipité ou un dépôt d'hydroxyde de magnésium.
La dissociation des ions bicarbonate et carbonate est favorisée par la diminution de la pression du gaz carbonique dans l'eau brute, et on a trouvé que, pour que les réactions voulues aient lieu, il est nécessaire d'éliminer le gaz carbonique, au fur et à mesure de sa formation résultant de la dissociation des ions carbonate et bicarbonate, de façon à faciliter les réactions, dans la mesure voulue.
On a trouvé que la meilleure façon d'assurer la dissociation des ions bicarbonate et carbonate, pour qu'aient lieu les réactions voulues est d'injecter dans l'eau brute des composés chimiques convenables, tels que décrits dans la demande mentionnée ci-dessus, et de soumettre l'eau à un régime de chauffe ou d'ébullition de manière que, au fur et à mesure que le gaz carbonique se forme au cours de la dissociation des ions bicarbonate et carbonate, ce gaz carbonique soit. entraîné hors de l'eau.
Il est préférable d'effectuer une telle opération sous ébullition de façon que le gaz carbonique soit entraîné hors de l'eau avec la vapeur d'eau qui se forme également, et soit évacué de l'évaporateur par un appareil de condensation éventuellement muni d'un appareil de production de vide.
La présente invention a pour objet une installation d'évaporation d'eau agencée de manière que le composé chimique empêchant la formation d'incrustations puisse être injecté dans un récipient dans lequel sont maintenues les conditions de fonctionnement les plus favorables au déroulement des réactions voulues jusqu'au point où la formation de dépôts de carbonate et d'hydroxyde de magnésium peut être évitée dans tous les éléments composant l'installation d'évaporation.
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Pour réaliser une installation d'évaporation la plus efficace avec une consommation minimum de vapeur ou de chaleur, il est nécessaire de prévoir un équipement d'échange thermique permettant de chauffer progressi- vement l'eau brute admise jusqu'à une température aussi voisine que possible de la température de vapeur correspondant à chaque température d'ébullition particulière à l'intérieur de l'installation d'évaporation.
De la vapeur, produite dans n'importe lequel des évaporateurs donné, est utilisée dans un échangeur thermique du type à surface, dans le but de chauffer l'eau brute admise, et, en même temps, de conserver la vapeur de l'évaporateur conden- sée comme eau distillée prête à l'usage
Si l'on veut éviter la formation d'incrustations dans de tels échangeurs thermiques, l'eau brute admise doit être traitée, et les éléments formant incrustations doivent être éliminés, avant que l'eau soit envoyée à travers de tels échangeurs thermiques.
Il est préférable de soumettre la totalité, ou une partie, de 1' eau brute à utiliser dans l'installation d'évaporation à un régime de chauf- fage et d'ébullition à un niveau thermique convenable, de façon que la dis- sociation complète des ions bicarbonate et carbonate s'effectue en présence d'un composé chimique approprié, de manière que le gaz carbonique, formé lors d'une telle décomposition, soit libéré et évacué de l'installation, et qu'ainsi 1?ensemble des réactions voulues puisse s'effectuer jusqu'au bout, comme il est nécessaire pour rendre l'eau brute inoffensive, dans la mesure où il s'agit de la formation d'incrustations. Selon l'invention, on fait passer ensuite une telle eau brute, à travers n'importe quels échangeurs thermiques prévus dans l'installation d'évaporation,
à l'intérieur des évaporateurs, dans lesquels l'eau brute est évaporée pour produire de l'eau distillée. Du fait que les éléments formant des incrustations ont été éliminés par l'action préliminaire de chauffage et d'ébullition, toute formation d'incrustations, dans les unités d'échangeurs thermiques et dans les évaporateurs, se trouve évitée.
Dans une installation telle que décrite, on peut prévoir un compresseur pour évacuer de l'évaporateur toute, ou une partie de, la vapeur et la refouler dans l'élément de chauffe situé dans l'évaporateur, élément qui peut également être alimenté avec de la vapeur additionnelle provenant de toute autre source convenable.
Dans une installation d'évaporation à multiple effet, le récipient, dans lequel on fait bouillir l'eau brute en présence du composé chimique, peut être l'un ou l'autre des évaporateurs faisant partie de l'installation d'évaporation à multiple effet. Dans un évaporateur à simple effet, on peut prévoir un petit récipient d'ébullition ou d'évaporation dans lequel l'eau brute admise est soumise à une légère action d'ébullition accompagnée de l'injection du composé chimique nécessaire, de manière que toutes les réactions chimiques voulues se produisent, la saumure dans un tel récipient d'évaporation ou d'ébullition étant soutirée du dit récipient et refoulée par pompage, à travers l'équipement d'échange thermique, dans l'évaporateur principal.
Le récipient d'ébullition ou d'évaporation, dans lequel l'eau brute est soumise à une action d'ébullition en présence du composé chimique, doit, de préférence, fonctioniier à une température d'ébullition d'environ 80 C ou au-dessus, et on peut utiliser n'importe quel type de pompe, centrifuge, alternatif ou tout autre type voulu, pour soutirer l'eau de ce récipient et la refouler à travers l'équipement d'échange thermique dans les différents évaporateurs faisant partie de l'installation complète d'évaportation Lorsque l'installation d'évaporation fonctionne à des températures toutes inférieures à 8000,ij suffit de faire en sorte que l'eau brute soit mise en ébullition en présence du composé chimique à la température la plus convenable disponible à 1'intérieur de l'installation.
Les expériences ont montré que, lorsque l'eau brute est soumise au régime indiqué, des quantités importantes d'hydroxyde de magnésium et d'autres hydroxydes se forment et sont maintenues en suspension, sous forme
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de précipites dans la saumure. On peut, par conséquent, prévoir une zone de sédimentation à la base du récipient, pour permettre aux précipités de se déposer sous forme de boue, et prévoir des moyens d'enlèvement de cette boue.
On peut prévoir un filtre à la sortie de cette saumure de l'évaporateur dans l'installation d'évaporation? pour que la quantité la plus grande possible des dits hydroxydes soit séparée par filtration de la saumure, de fagon à réduire au minimum la quantité de boue susceptible de se rassembler dans toutes les zones calmes du circuit à travers lequel passe l'eau brute dans son trajet à travers l'installation d'évaporation. Un tel filtre peut être de l'un quelconque des types connus pour l'élimination de précipités en suspension dans l'eau.
Lorsque le récipient d'ébullition ou d'évaporation, dans lequel l'eau brute est soumise à une ébullition et à une action chimique,fonctionne à une température inférieure à 100 C, le composé chimique peut être mélangé dans un réservoir et amené à s'écouler dans le récipient d'ébullition par action de la pression atmosphérique agissant sur la surface du liquide à rencontre de la pression, inférieure à une atmosphère, régnant à l'intérieur du récipient d'ébullition.
Lorsque le récipient d'ébullition? dans lequel l'eau brute est soumise à une ébullition et à une réaction chimique, est à une température supérieure à 100 C, il est nécessaire de prévoir une pompe pour l'injection de la liqueur chimique qui se forme par addition d'eau au composé chimique d'addition voulu.
On peut utiliser un réservoir d'alimentation ouvert, dans lequel l'eau brute peut être envoyée avant, ou après chauffage suffisant et dans lequel on ajoute le composé chimique,, et l'on peut faire en sorte que de la vapeur soit injectée dans l'eau brute pour entraîner le gaz carbonique et faciliter le déroulement des réactions voulues, l'eau brute traitée étant ensuite refoulée par pompage vers l'installation d'évaporation.
On peut favoriser les réactions voulues dans le réservoir, par emploi d'un appareil d'agitation mécanique et/ou par l'injection d'air ou de gaz comprimé provenant de toute source convenable.
A titre nullement limitatif on a représenté au dessin annexé des exemples de réalisation d'installations d'évaporation selon l'invention.
Dans ce dessin, les Figs. 1 à 4 sont des vues schématiques de telles installations d'évaporation.
Dans l'exemple représenté à la Fig. 1, l'évaporateur 10 est du type à simple effet, dans lequel de la vapeur de chauffage est amenée en 11 aux surfaces de chauffe de l'évaporateur, et où. de l'eau brute est évaporée à l'intérieur de l'évaporateur, la vapeur résultante étant conduite, à travers un échangeur thermique 12 d'eau brute du type à surface, dans un appareil de distillation 13 dans lequel elle se condense, une pression ou un vide convenable étant maintenu par un appareillage de production de vide.
Une partie de la vapeur provenant de l'évaporateur 10 est envoyée dans la conduite de chauffage 11 par un compresseur 7. Le condensat est recueilli dans un réservoir 8.
L'eau brute à évaporer est envoyée, à partir d'un réservoir 14 à travers l'appareil de distillation 13 pour absorber la chaleur provenant de la vapeur de l'évaporateur, au fur et à mesure de sa condensation. L'eau brute est ensuite amenée, en passant dans un régulateur 18, dans un récipient de traitement 15 muni d'une surface de chauffe alimentée en vapeur de chauffage provenant de la source principale de vapeur de chauffage, ou bien, de vapeur prélevée à l'orifice de sortie de vapeur de-l'évaporateur 10. Il est fourni une quantité de vapeur de chauffage suffisante pour permettre à l'ébullition de se produise,, dans une certaine mesure, à l'intérieur du ré- cipient de traitement 15.
Le composé chimique est mélangé avec de l'eau dans un réservoir 16 et injecté dans le récipient 15 de façon que les réactions voulues s'effectuent à l'intérieur du récipient 15, grâce à quoi le nombre voulu d'ions carbonate sont dissociés et rendus inoffensifs du
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point de vue de la formation d'incrustations..
Une pompe 17 prélève la saumure du réservoir 15 et la refoule,
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à travers l échangeur thermique 12 d"eau brute . dans 1,'évaporateur 10, en passant par un régulateur 19 Dans son passage à travers 1 léclangeur ther- mique 12, une quantité de chaleur est fournie à la saumure, ce qui augmente
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le rendement de 1"ensemble de l'installation d'évaporation.
La saumure est soutirée o.e l'évapcrateur 10 par une pompe 9 et refoulée vers la vidage, en quantité telle que nécessaire pour empêcher la formation d'un dépôt de sulfate de calcium à l'intérieur de 1 évapora-
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teur, tandis que l'fution 3"'ébuliition et chimique à laquelle est soumise l'eau brute dans le récipient 15 empêche la formation de dépôts de carbonate de calcium et d'hydroxyde de magnésium dans Le récipient 15. 1'appareil de préchauffage 12 d'eau brute et l'évaporateur 10.
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Dans 1. stalîa.iion d'évaporation à multiple effet, selon la Fig.. 2 1:' eau brute est conduite dans 1 évaporateur 20, fonctionnant à la pression la plus faille.) qui joue de rôle de récipient, de traitement, de sorte que la totalité de Peau brute pénétrant dans 1-'installation est tout
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d'abord refoulée dm-s le dernier effet de :"évaporateur.
Le composé chimi- que est injecté dans l'évaporateur 20 de sorte que la totalité de l'eau brute entrant dans l'installation soit soumise à 1'action d'ébullition
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et chimique dans l'''évaporateur 20a Une pompe 21 est prévue pour soutirer de l'évaporateur 20 la saumure traitée et 1:0 r2ÍCJù.Ler, à travers le système 3"échange thermique 22, 23, dans 1."évapor<"ieur 24 du premier effet, d5où elle peut s'écouler en série â travers Les évaporateurs successifs s 2 , 20 la purge de Pévaporateur 25 s'effectu3Xs-t' par une pompe 26. ou un autre dispositif.
Les éch&iJ.geum 1jhermiques 22, 23 ..'onstituent des appareils de préchauffage de 1'eau brute, dans lesquels l'eau brute est chauffée par condensation de la vapeur s'échappant des évaporateurs respectifs, de manière que l'eau brute quitte un des appareils de préchauffage à une température aussi voisine que possible de la température de la vapeur s'échappant de l'évaporateur respectif. De la vapeur provenant de l'évaporateur 24 du premier effet traverse son appareil de préchauffage associé 23 pour pénétrer dans la surface de chauffe de l'évaporateur 25 du second effet etc..., de la vapeur du.
dernier effet 20 étant refoulée dans un appareil de distillation 27, dans lequel elle est condensée par l'eau brute s'écou-
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lant à travers If appareil de distillation 27 dans leévaporateur 20.
On peut faire circuler l'eau brute en parallèle dans les différents évaporateurs. mais, comme représenté à la Fig. 2, il est préférable de faire circuler la totalité de 1'eau brute en série à travers les diffé- rents appareils de préchauffage pour la faire pénétrer dans le premier effet 24 sous le contrôle d'un régulateur d'alimentation 29 à flotteur.
L'eau non évaporée dans le corps 24 peut passer dans le second corps d'évaporateur 25 sous contrôle du régulateur d'alimentation 31 à flotteur situé dans ce r.orps et l'eau brute passe ensuits, de manière analogue, suc-
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cessivement â travers les différents effets d'évaporation jusqu-'à ce qu-'elle atteigne l'avant-dernier corps (l'évaporateur d'où l'eau non évaporée peut être soutirée par la pompe à saumure 26 et envoyée à la vidange à travers un appareil d'échange thermique en vue d'une éventuelle récupération de chaleur.
Dans un autre mode de réalisation., comme représenté à la fig.
3 il peut être prévu de faire passer le surplus d'eau dans le dernier effet
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20 d-''où il peut èzrc soutiré par une pompe a saur-1-ire é13 pour être envoyé à. -.La vidange, ou à travers un système a"é,i1al.1ge thermique. Leau prête pour l'usage ou distillée, provenant de l'appareil de distillation 34. et des serpentins du dernier évaportaseur, est soutirée et refoulée vers un réservoir de stockage convenable 35
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er.r7e wr= ess é à la fig - i. ' 'eau brute quittant l'appareil ':,.ô 1 ;"- ..:' 21.i<;=. =;>.;. ' '.'c:l1.nit;e dans un JS' 'r.C" l!'.3.em.eilÛ ouvert .t'V dans
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lequel on peut injecter le produis chimique d'addition.
Une conduite de vapeur perforée 37 peut être prévue pour permettre d'envoyer de la vapeur dans le bac en vue de faciliter le dégagement du gaz carbonique au fur et à mesure du déroulement des réactions chimiques .Au fond du bac 36 est préma. un agitateur mécanique 45.
Une pompe 33 est disposée pour soutirer de l'eau à travers un filtre 46 du bac de traitement 36 et la refouler, à travers les appareils de préchauffauge 39, 40 d'eau brute, dans les corps d'évaporateurs.
Dans chacune de ces réalisations, on voit que le composé chimi- que est ajouté à l'eau brute qui est ensuite soumise, soit à une action de chauffage, soit à une action d'ébullition, de sorte que le gaz carbonique, qui se forme au cours de la dissociation des ions bicarbonate et carbonate, puisse, ou soit forcé de s'échapper de l'eau pour faciliter le déroulement des réactions jusqu'au point nécessaire à l'élimination de la quantité voulue d'ions carbonate, de façon à empêcher la formation de dépots de carbonate de calcium et d'hydroxyde de magnésium dans les parties successives de l'installation d'évaporation à travers lesquelles passe l'eau brute.
Bien entendu, il peut être prévu un système d'échange thermique en différents emplacements de l'installation, de façon à obtenir le rendement thermique maximum, par l'emploi de réchauffage par récupération entre les conduites de vapeur d'eau quittant l'installation et l'eau brute pénétrant dans l'installation.
Il peut être prévu de maintenir les niveaux d'eau dans chacun des corps d'évaporation au moyen de régulateurs d'alimentation contrôlant l'entrée de l'eau aux corps d'évaporation, comme représenté en 29, 31, 32 à la fig. 2, ou 29,31, 41, à la fig. 3; ou bien il peut être prévu d'amener la totalité de l'eau brute dans le premier évaporateur et prévoir un déversoir sur chaque évaporateur pour commander le niveau, en permettant à l'eau de déborder d'un réservoir dans le réservoir suivant, ou, par l'intermédiaire d'une pompe, à la vidange,
ou bien encore on peut faire en sorte que la totalité de l'eau brute soit refoulée dans l'évaporateur du premier effet sur lequel est prévu un régulateur d'évacuation à flotteur pour commander l'écoulement de l'eau du corps d'évaporateur vers la vidange ou vers un autre corps d'évaporateur lorsque le niveau.d'eau dans l'évaporateur s'élève, comme représenté par le régulateur d'évacuation à flotteur 42, 43 et 44 de la fig. 4.
On peut prévoir que l'évaporateur, ou les évaporateurs, dans lequel l'eau brute est évaporée, soit du type à circulation forcée dans lequel la saumure est' soutirée par une pompe de circulation qui refoule dans l'évaporateur à travers un échangeur thermique, l'évaporation étant une consé- quence de l'effet de vaporisation rapide qui résulte du chauffage de la saumure par passage à travers l'échangeur thermique.
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IMPROVEMENTS TO WATER EVAPORATION INSTALLATIONS, ESPECIALLY SEA WATER.
The present invention relates to single or multiple effect evaporation plants of the type in which raw water, such as sea water or estuary water, is evaporated in order to remove the materials. forming deposits present in the raw water, the steam thus produced being subsequently condensed, and the condensate being available for use as table water or in high pressure boilers.
The invention is applicable, inter alia, to installations; in which the vapor, produced by evaporation of the liquid in an evaporator, enters a compressor in which the vapor is brought to a higher pressure, and passes to the heating surface of the evaporator where the heat contained in the vapor The pressure is transmitted through the heating surface to the evaporating liquid in the vaporizer. The compressor may be of the positive-displacement, centrifugal or axial-flow rotary type.
Certain difficulties are encountered in the operation of distillation plants of the type indicated above, due to the precipitation of the undesirable constituents contained in the raw water on the heating surfaces through which the heat is transmitted from the heating vapor to raw water evaporating.
The constituents which precipitate on the heating surface bind to the metal of said surface, and, in many cases, form extremely hard encrustations which exhibit serious resistance to the transmission of heat from the heating medium to the liquid, which greatly reduces the yield that can be obtained from a given installation and entails considerable costs and inconveniences when the installation is taken out of service to allow the cleaning operations necessary to remove the incrustations thus produced on the surfaces of heating. With sea water, in particular, the formation of such encrustation is very rapid, which means that service interruptions for cleaning are very frequent and
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serious.
In many cases, to compensate for the resistance offered by the formation of encrustation, hitherto unavoidable in such installations, it is necessary to provide heating surfaces much larger than those which would be sufficient to transmit the desired quantity of heat if the heating surfaces were kept clean, resulting in installations of much greater importance and a higher cost price than those which would otherwise be necessary for a given job.
Experiments carried out on a large scale have shown that, under usual operating conditions, the incrustations which form can be constituted either by a deposit of calcium carbonate called calcite, or by a deposit of magnesium hydroxide called brucite, or again by a deposit of calcium sulphate which may be anhydrite, gypsum or hemihydrate. Mixtures of these deposits may form in proportions depending on the operating conditions.
. Belgian patent No. 508,161 of December 31, 1951 was indicated for: "Method of treating seawater for evaporation plants", certain chemical compounds in solid form, which may be used in an evaporator. to prevent the formation of scale or muddy scale on the surfaces inside the evaporation plant. In the application mentioned above, it was indicated that, within certain temperature limits, the deposit formed is above all calcium carbonate. Within other temperature limits, the deposit formed is mainly magnesium hydroxide. There are also conditions under which a mixture of these two deposits forms.
These deposits have been shown to result from the dissociation of bicarbonate ions in raw water, a dissociation which causes the release of carbonate ions, carbon dioxide and water, the carbonate ions combining in water with the calcium ions. to form calcium carbonate as a deposit. In addition, heat dissociates carbonate ions so that hydroxyl ions are formed which combine in water with magnesium ions to form a precipitate or deposit of magnesium hydroxide.
The dissociation of the bicarbonate and carbonate ions is favored by the decrease in the pressure of carbon dioxide in raw water, and it has been found that, in order for the desired reactions to take place, it is necessary to remove the carbon dioxide as it goes. and as it forms as a result of the dissociation of carbonate and bicarbonate ions, so as to facilitate the reactions, to the extent desired.
It has been found that the best way to ensure the dissociation of the bicarbonate and carbonate ions, in order for the desired reactions to take place, is to inject into the raw water suitable chemical compounds, as described in the application mentioned above. , and subjecting the water to a heating or boiling regime so that, as carbon dioxide is formed during the dissociation of the bicarbonate and carbonate ions, this carbon dioxide is. dragged out of the water.
It is preferable to carry out such an operation under boiling so that the carbon dioxide is entrained out of the water with the water vapor which also forms, and is evacuated from the evaporator by a condensing apparatus optionally provided with 'a vacuum generating device.
The subject of the present invention is a water evaporation installation arranged so that the chemical compound preventing the formation of encrustation can be injected into a container in which the operating conditions most favorable to the progress of the desired reactions are maintained until 'to the point where the formation of carbonate and magnesium hydroxide deposits can be avoided in all components of the evaporation plant.
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To achieve the most efficient evaporation plant with minimum consumption of steam or heat, it is necessary to provide heat exchange equipment making it possible to gradually heat the raw water admitted to a temperature as close as possible of the vapor temperature corresponding to each particular boiling temperature inside the evaporation plant.
Steam, produced in any given evaporator, is used in a heat exchanger of the surface type, in order to heat the incoming raw water, and at the same time to keep the vapor from the evaporator. condensed as distilled water ready for use
If the formation of scale formation in such heat exchangers is to be avoided, the raw water entering must be treated, and the scale forming elements must be removed, before the water is sent through such heat exchangers.
It is preferable to subject all or part of the raw water to be used in the evaporation plant to a heating and boiling regime at a suitable thermal level, so that the separation complete of the bicarbonate and carbonate ions is carried out in the presence of an appropriate chemical compound, so that the carbon dioxide, formed during such a decomposition, is released and evacuated from the installation, and thus all of the The desired reactions can be carried out to the end, as is necessary to render the raw water harmless, insofar as it involves the formation of encrustations. According to the invention, such raw water is then passed through any heat exchangers provided in the evaporation plant,
inside evaporators, in which raw water is evaporated to produce distilled water. Since the scale-forming elements have been removed by the preliminary heating and boiling action, any scale formation, in heat exchanger units and in evaporators, is avoided.
In an installation as described, a compressor can be provided to remove all or part of the vapor from the evaporator and deliver it to the heating element located in the evaporator, which element can also be supplied with additional steam from any other suitable source.
In a multiple effect evaporation plant, the vessel, in which the raw water is boiled in the presence of the chemical compound, may be one or other of the evaporators forming part of the multiple evaporation plant. effect. In a single-effect evaporator, a small boiling or evaporating vessel can be provided in which the raw water admitted is subjected to a slight boiling action accompanied by the injection of the necessary chemical compound, so that all the desired chemical reactions take place with the brine in such an evaporating or boiling vessel being withdrawn from said vessel and pumping back through the heat exchange equipment into the main evaporator.
The boiling or evaporating vessel, in which the raw water is subjected to a boiling action in the presence of the chemical compound, should preferably operate at a boiling temperature of about 80 ° C or above. above, and any type of pump, centrifugal, reciprocating or any other type desired, can be used to withdraw water from this container and deliver it through the heat exchange equipment into the various evaporators forming part of the container. the complete evaporator plant When the evaporator plant operates at temperatures all below 8000, it is sufficient to ensure that the raw water is boiled in the presence of the chemical compound at the most suitable temperature available inside the installation.
Experiments have shown that when raw water is subjected to the indicated regime, significant amounts of magnesium hydroxide and other hydroxides are formed and are kept in suspension, as
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of precipitates in the brine. It is therefore possible to provide a sedimentation zone at the base of the container, to allow the precipitates to settle in the form of sludge, and to provide means for removing this sludge.
Can a filter be provided at the outlet of this brine from the evaporator in the evaporation plant? so that the greatest possible quantity of said hydroxides is separated by filtration from the brine, so as to reduce to a minimum the quantity of sludge liable to collect in all the quiet areas of the circuit through which the raw water passes in its path through the evaporation plant. Such a filter can be of any of the types known for the removal of precipitates suspended in water.
When the boiling or evaporating vessel, in which the raw water is subjected to boiling and chemical action, operates at a temperature below 100 C, the chemical compound can be mixed in a tank and brought to s 'flow into the boiling vessel by the action of atmospheric pressure acting on the surface of the liquid against the pressure, less than one atmosphere, prevailing inside the boiling vessel.
When the boiling vessel? in which the raw water is subjected to a boiling and a chemical reaction, is at a temperature above 100 C, it is necessary to provide a pump for the injection of the chemical liquor which is formed by adding water to the desired addition chemical.
An open feed tank can be used, into which the raw water can be sent before, or after sufficient heating and in which the chemical compound is added, and it can be arranged that steam is injected into the tank. raw water to entrain the carbon dioxide and facilitate the progress of the desired reactions, the treated raw water then being pumped back to the evaporation plant.
The desired reactions can be promoted in the reservoir by the use of a mechanical agitation apparatus and / or by the injection of compressed air or gas from any suitable source.
In no way limiting, there is shown in the accompanying drawing examples of embodiments of evaporation plants according to the invention.
In this drawing, Figs. 1 to 4 are schematic views of such evaporation plants.
In the example shown in FIG. 1, the evaporator 10 is of the single-acting type, in which heating vapor is supplied at 11 to the heating surfaces of the evaporator, and where. raw water is evaporated inside the evaporator, the resulting vapor being conducted, through a raw water heat exchanger 12 of the surface type, in a still 13 in which it condenses, a suitable pressure or vacuum being maintained by vacuum generating equipment.
Part of the vapor from the evaporator 10 is sent to the heating line 11 by a compressor 7. The condensate is collected in a tank 8.
The raw water to be evaporated is sent from a tank 14 through the distillation apparatus 13 to absorb the heat coming from the vapor of the evaporator, as it is condensed. The raw water is then fed, passing through a regulator 18, to a treatment vessel 15 provided with a heating surface supplied with heating vapor coming from the main source of heating vapor, or else from vapor taken from vapor outlet of the evaporator 10. Sufficient heating vapor is provided to allow boiling to occur, to some extent, inside the processing vessel. 15.
The chemical compound is mixed with water in a reservoir 16 and injected into the vessel 15 so that the desired reactions take place inside the vessel 15, whereby the desired number of carbonate ions are dissociated and rendered harmless from
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point of view of the formation of encrustation.
A pump 17 takes the brine from the reservoir 15 and delivers it,
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through the raw water heat exchanger 12. in 1, the evaporator 10, passing through a regulator 19 In its passage through the thermal mixer 12, a quantity of heat is supplied to the brine, which increases
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the efficiency of 1 "whole evaporation plant.
The brine is withdrawn o.e the evapcrator 10 by a pump 9 and delivered to the drain, in an amount such as is necessary to prevent the formation of a deposit of calcium sulphate inside the evaporator.
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The boiling and chemical fution to which the raw water is subjected in vessel 15 prevents the formation of calcium carbonate and magnesium hydroxide deposits in vessel 15. The preheater apparatus 12 raw water and the evaporator 10.
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In 1. multiple-effect evaporation station, according to Fig. 2 1: raw water is conducted in 1 evaporator 20, operating at the lowest pressure.) Which acts as a container, treatment, so that the whole of the raw water entering the 1-plant is all
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first discharged dm-s the last effect of: "evaporator.
The chemical compound is injected into the evaporator 20 so that all the raw water entering the plant is subjected to the boiling action.
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and chemical in the evaporator 20a A pump 21 is provided for withdrawing the treated brine from the evaporator 20 and 1: 0 r2ÍCJù.Ler, through the system 3 "heat exchange 22, 23, in 1." evapor < At first effect 24, where it can flow in series through successive evaporators 2, 20 the evaporator 25 is purged by a pump 26 or other device.
The thermic models 22, 23 .. are apparatuses for preheating raw water, in which the raw water is heated by condensing the steam escaping from the respective evaporators, so that the raw water leaves. one of the preheating devices to a temperature as close as possible to the temperature of the steam escaping from the respective evaporator. Steam from the evaporator 24 of the first effect passes through its associated preheater 23 to enter the heating surface of the evaporator 25 of the second effect etc ..., the vapor of the.
last effect 20 being discharged into a distillation apparatus 27, in which it is condensed by the raw water flowing
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lant through the still 27 into the evaporator 20.
The raw water can be circulated in parallel in the different evaporators. but, as shown in FIG. 2, it is preferable to circulate all of the raw water in series through the various preheaters to enter the first effect 24 under the control of a float feed regulator 29.
The water not evaporated in the body 24 can pass into the second evaporator body 25 under the control of the supply regulator 31 with a float located in this body and the raw water then passes, in a similar manner, successively.
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continuously through the different evaporation effects until it reaches the penultimate body (the evaporator from which the non-evaporated water can be drawn off by the brine pump 26 and sent to the draining through a heat exchange device for possible heat recovery.
In another embodiment., As shown in FIG.
3 it can be expected to pass the excess water in the last effect
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20 d - '' where it can èzrc withdrawn by a pump a saur-1-ire é13 to be sent to. - The drain, or through a thermal system. The water ready for use or distilled, coming from the still 34. and the coils of the last evaporator, is withdrawn and delivered to a suitable storage tank 35
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er.r7e wr = ess é in fig - i. '' raw water leaving the device ':,. ô 1; "- ..:' 21.i <; =. =;>.;. '' .'c: l1.nit; e in a JS '' rC "l! '. 3.em.eilÛ open .t'V in
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which can be injected with the chemical addition product.
A perforated steam line 37 can be provided to allow steam to be sent into the tank in order to facilitate the release of carbon dioxide as the chemical reactions take place. At the bottom of the tank 36 is premature. a mechanical stirrer 45.
A pump 33 is arranged to withdraw water through a filter 46 of the treatment tank 36 and to deliver it, through the preheating devices 39, 40 of raw water, into the evaporator bodies.
In each of these embodiments, it can be seen that the chemical compound is added to the raw water which is then subjected either to a heating action or to a boiling action, so that the carbon dioxide, which is forms during the dissociation of bicarbonate and carbonate ions, can or is forced to escape from water to facilitate the course of the reactions to the point necessary for the removal of the desired quantity of carbonate ions, so as to prevent the formation of deposits of calcium carbonate and magnesium hydroxide in the successive parts of the evaporation plant through which the raw water passes.
Of course, a heat exchange system can be provided in different locations of the installation, so as to obtain the maximum thermal efficiency, by the use of heating by recovery between the water vapor pipes leaving the installation. and raw water entering the installation.
Provision may be made to maintain the water levels in each of the evaporator bodies by means of supply regulators controlling the entry of water to the evaporator bodies, as shown at 29, 31, 32 in FIG. . 2, or 29, 31, 41, in fig. 3; either provision may be made to bring all of the raw water into the first evaporator and to provide a weir on each evaporator to control the level, allowing the water to overflow from one tank to the next tank, or , by means of a pump, when draining,
or else it is possible to ensure that all of the raw water is delivered into the evaporator of the first effect on which a float discharge regulator is provided to control the flow of water from the evaporator body to the drain or to another evaporator body when the water level in the evaporator rises, as shown by the discharge float regulator 42, 43 and 44 in fig. 4.
Provision can be made for the evaporator, or the evaporators, in which the raw water is evaporated, either of the forced circulation type in which the brine is' withdrawn by a circulation pump which delivers into the evaporator through a heat exchanger. the evaporation being a consequence of the rapid vaporization effect which results from the heating of the brine by passage through the heat exchanger.