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PROCEDE DE CONCENTRATION DE L'EAU DE MER POUR OBTENIR LA CRISTALLISATION
DU CHLORURE DE SODIUM OU AUTRES SELS.
On sait que, jusqu'à présente, l'extraction industrielle des sels contenus dans l'eau de mer n'a été réalisée que par l'évaporation spontanée aux rayons scolaires, l'intervention de l'homme consistant uniquement à améliorer dans de faibles limites le rendement et la qualité du produit fini par l'orientation, la reprise d'un bassih à l'autre et la surveillahce des cristallisations successiveso
Ce procédé habituel ne permet cependant d'obtenir que des rendements faibles par suite du temps important nécessaire pour 1'évaporât!on totale de l'eau de mer.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'atteindre un rendement très supérieur à celui obtenu jusqu'à ce jour.
Ledit procédé consiste essentiellement à activer l'évaporation de l'eau de mer, à ses différents stades de concentration, en soumettant cette eau, dans des conditions thermiques déterminées, à une pulvérisation aérienne obtenue par des moyens mécaniques ou pneumatiques de manière à provoquer ladite évaporation dans'un volume spatial et non plus sur une surface comme dans la pratique courante.
L'augmentation de la surface d'évaporation ainsi obtenue est dès lors fonction de la division du liquide en gouttelettes aussi fines que possible et de la distance de projection.
Or celle-ci peut être considérablement augmehtée par la force portante du vent en dirigeant la pulvérisation dans le sens le plus favorable pour l'obtention du résultat cherché.
Il est à noter, en effet, que le vent a en l'espèce, une importance primordiale, la vitesse d'évaporation étant proportionnelle à la différence entre la tension maxima de la vapeur d'eau à la température de l'o-
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pération et la tension partielle de vapeur ci-eau dans l'atmosphère; le vent en chassant la vapeur d'eau formée diminue cette tension partielle et active l'évaporation.
La nature fournit d'ailleurs une illustration parfaite de la vapeur du procédé, à savoir ; les projections de sel rigoureusement sec fournies par les embruns par grand vent sur les cotes. Il ne pourrait évidemment être question de reproduire artificiellement les conditions naturelles des embruns, l'obtention de sel fini en une seule pulvérisation, en ne permettant pas l'élimination des sels autres que le chlorure, de sodium, conduirait à l'obtention d'un extrait sec total de l'eau de mer ne répondant nullement aux besoins industriels ou alimentaires.
On voit donc que, d'unes part, l'eau de mer, en cours de traitement,doit être reprise autant de fois qu'il est nécessaire jusqu'au moment où sa concentration est considérée comme suffisante pour que le sel puisse retomber à l'état sec.
Compte tenu de ce qui précède, c'est donc par une série de projectionsténues d'eau sous pression dans l'air ambiant et, de préférence, dans le sens du vent, que sera obtenu le produit fini, un temps de repos étant laissé entre deux projections consécutives afin de permettre la cristallisation des sels dont la présence n'est pas souhaitable dans le chlorure de sodium.
Une réaction chimique n'ayant aucun caractère d'originalité pourra optionnellement être intercalée au cours d'opération pour tendre à l'élimination de,la majeure partie des sels de magnésie dont les inconvénients sont connus pour diverses utilisations et rendent le sel hygroscopique.
D'autre part, il a été remarqué que sous certains climats tro- picauxet subtropicaux notamment, la tension partielle de vapeur d'eau approche la tension maxima, de telle sorte que, très souvent, le rendement des salines n'est pas supérieur et est fréquemment plus faible que sous des climats tempérés apparemment moins favorisés.
Pour remédier à cet état de chose,le procédé faisant l'objet de l'invention prévoit donc des moyens de modifier la température à laquelle s'opérent les projections puisqu'il suffit d'augmenter dans une proportion même assez faible, la tension maxima de vapeur, par élévation de la température, pour que le rendement augmente considérablement, du fait que la tension partielle de vapeur d'eau diminue très rapidement en pourcentage puisqu'elle reste fixe en grammes/m3.
Les diverses particularités de l'invention seront mises en évidence au cours de la description suivante et en se référant au dessin annexé sur lequel : fig. 1 est une vue schématique en plan d 'une installation réalisée selon l'invention; fig. 2 est une transversale suivant la ligne II-II de la figure 1; fig. 3 est une vue en plan d'une installation de traitement de l'eau de mer comportant un moyen d'élévation de la température ; fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3; fig. 5 est une coupe partielle suivant la ligne V-V de la figure 3; fig. 6 montre l'un des bacs d'évaporation thermique; fig. 7 est une coupe longitudinale dudit bac suivant la ligne VII-VII de la figure 6.
Pour l'application du procédé faisant l'objet de l'invention on choisit un terrain imperméable situé à proximité de la mer et on admettra,
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par exemple, que la surface de ce terrain est de 20 hectares.
En-un endroit, il sera prélevé une superficie de 20. 000 mètres carrés qui servira de bassin de décantation entre l'arrivée de l'eau de mer et son utilisation; cette opération a pour but de n'utiliser qu'une eau ne contenant aucune matière en suspension.
En un point quelconque de ce bassin, on construit une aire d'extraction de forme carrée 1 (fig. 1 et 2) ayant par exemple 420 mètres de côté; cette aire est entourée d'un talus de terre battue en cavalier de 1 m 50 de large à la base et Om 75 au-sommet sur 1 mètre de hauteur.
Au moyen de séparationsidentiques au dit talus, on construit alors dans cette aire trois bassins 2, 3, 4 qui ont respectivement 280 mè- tres, 190 mètres et 100 mètres de cote.
Le sol de ces quatre bassins présente une inclinaison et on pourra pour leur construction adopter les nivellements suivants ; -Bassin 1 : + 135 m/m à la périphérie et + 100 m/m à l'intérieur -Bassin 2 : + 97,5m/m -d - + 75 m/m -d - -Bassin 3 : + 72,5m/m -d - + 50 m/m -d - -Bassin 4 : + 25 m/m -d - et 0 au milieu.
Dans le bassin 1 qui aura une superficie de :
350 x 4 x 70 = 98.000 m2. sont disposés quatre vingts projecteurs 5 répar- tis en quatre sections formant chacune une unité de pompage:6, 7, 8, 9.
Dans le bassin 2 qui aura une superficie de : 235 x 4 x 70 = 65.800 m2 sont disposés vingt huit projecteurs 10 constituant deux unités de pompage et de projection d'eau, desservis par les groupes de pompage 11 et 12.
Dans le bassin 3 qui aura une superficie de : 120 x 4 x 70 = 33.600 m2, sont disposés dix huit projecteurs 13 constituant une seule unité de pompage et de projection d'eau, desservie par le groupe de pompage 14.
Dans le bassin 4 qui aura une superficie de : 100 x 100 = 10.000 m2 sont disposés neuf projecteurs 15 constit uant trois unités de pompage et de projection d"eau, desservis par les groupes de pompage 16,17 et 18.
Les quatre groupes de pompage 6, 7, 8, 9 pompent l'eau du bassin de décantation et l'envoient aux projecteurs du bassin 1.
Lorsque l'eau de ce bassin a atteint la concentration de 8 Baumé, elle arrive par des passages pratiqués sous talus dans le bassin 2 où la même ôpération se reproduit; lorsque l'eau atteint dans ce bassin la concentration 16 B; elle arrive de,la même façon que précédemment dans le bassin 3 où la concentration est poussée jusqu'à 24 ou 25 B elle passe ensuite dans le bassin 4 où l'eau pompée donne du sel sec à la retom- bée.
Sur la figure'1,les cercles entourant les projecteurs 5, 10, 13 et 15 figurent les aires de réception de la solution saline plus concentrée que celle pulvérisée par les projecteurs située au centre de ces cer- cle s.
La pulvérisation se fait dans le sens des côtés des carrés, délimitant les bassins, parallèles à la direction du vent.
Les projecteurs ou pulvérisateurs sont élevés au-dessus du sol et sont echelonnés en hauteur.
La pulvérisation peut être dirigée horizontalement,, obliquement ou verticalement et dans le sens du vent ou obliquement par rapport à celui-ci et même; le cas échéant, à contre-vent suivant la surface dont
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on dispose. dispose. Les canaux pratiqués sous les talus séparant les bassins pour faire communiquer ceux-ci entre eux peuvent être ouverts en permanence ou obturés et ouverts périodiquement suivant les intercommunications que l'on désire établir.
Comme on le voit sur la figure 2, le fond des bassins est établi en pente de l'extérieur à l'intérieur de façon que l'eau, au fur et à mesure de la concentration, vienne dans les collecteurs où les groupes de pompage la puise.
Pour obtenir la projection de l'eau dans l'air, on peut utiliser tout appareil susceptible de diviser l'eau en gouttelettes dont la finesse peut être réglée en fonction des facteurs d'évaporation : chaleur et vent.
A titre d'exemple il est possible, par un emploi judicieux de tous les éléments décrits, d'extraite en un seul jour, du sel marin d'une eau à 3 5 B, les conditions resuises étant une température ambiante égale ou supérieure à 20 C et la vitesse du vent étant elle-même égale à 25 km-H, le nombre des projections nécessaires pour mener à bonne fin 1'0pération restant fonction de l'ordre de grandeur de différents facteurs : chaleur, vitesse du vent, pression finesse de la goutte.
Cependant, dans certaines contrées, il sera nécessaire, pour obtenir un haut rendement, de tenir compte de la tension de vapeur d'eau régnant sur le lieu du traitement de l'eau de mer.
A cet effet, il sera nécessaire d'augmenter la tension maxima d e vapeur par élévation de la température de telle manière que la tension partielle de vapeur d'eau diminue en pourcentage alors qu'elle reste fixe en grammes/m3, ceci en vertu de la formule de Laval sur la vitesse d'évaporation :
V = F (F - f) S
Un exemple pris au hasard illustrera l'exposé ci-dessus :
Pour une température de 25 C la tension maxima (F) de vapeur d'eau est de 22 gr,830 (tableau de Maxant) si l'état hydrométrique relatif est de 90 % la différence des deux tensions (F-f) est de 2 gr,283 par m3 . d'air et l'évaporation est insignifiante.
Mais si par un moyen thermique peu.. coûteux on élève la température de l'air à 35 C, la tension maxima (F) s'élève à 39 gr,286 et la . tension relative (f) restant la même, la différence des deux tensions s'élèvera à ce moment à 18 gr,739 m3 d'air ce qui est excellent et permet une évaporation de l'ordre de huit fois la précédente.
Ces deux exemples exposés et réunis en un seul tableau faciliteront la compréhension, et permettront de voir d'un simple coup d'oeil combien il y a avantage à obtenir une plus grande différence entre la tension partielle et la tension maxima
1 Cas : 2 Cas : -Tempo25 C tens. max. (F) 22g,830 =Tempo 35 C tens.max. (F) 39g,837 -Tens. partielle 20g,547 -Tens' partielle 20g,547 donc hygrométrie : 90% donc hygrométrie 15% environ -différence de tension 2g,283 -différence de tension 18g,790
Résultat faible Résultat excellent
On voit donc que pour une élévation de la température de 10 C nous avons une vitesse d'évaporation huit fois plus grande.
Selon l'invention, pour obtenir cette élévation de température, on adoptera la disposition suivante, dans laquelle l'eau de mer, au lieu d'être projetée par des projecteurs alimentés par des groupes de pompage, est projetée au moyen de tuyères alimentées en air au moyen d'une soufflerie (figo 3 et 4).
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On fait alors passer l'air à travers des tubes 19 placés dans des conduites ouvertes 20, de section parabolique (fig. 5), leur orientation étant réalisée par ¯un moyen quelconque pour qu'elles soient soumises, pen- dant la journée, à l'action thermique des rayons solaires.
Les tubes 19 et les conduites 20, constituent le système chauf- fant, peuvent d'ailleurs être rendus mobiles pour les amener à l'orientation la plus favorable.
Les conduites paraboliques 20 peuvent être exécutées en diffé- rents matériaux maçonnerie de ciment, métal, plâtre armé. Elles doivent être rigoureusement calibrées et lissées et de plus, doivent être paintes avec une peinture réflichissante (aluminium par exemple) et vernies, ou mieux encore 3, pourvues d'un matériau à pouvoir réflecteur élevé comme des miroirs à facettes, par exemple.
La concentration thermique sera utilisée à chauffer les tubes de fer noir 19 dont l'axe coïncide avec le foyer parabolique; ces tubes de fer seront établis de telle sorte que la surface de contact avec l'air circulant à l'intérieur soit le plus élevé possible en les garnissant d'ai- lettes intérieures. La vitesse de circulation de l'air dans les tubes sera fonction du rendement thermique des paraboles et par conséquent fonction également de la plus ou moins grande intensité de la radiation solaire ainsi que de la surface ensoleillée des paraboles.
L'extrémité 19a des tubes sera pourvue d'une manche à air orien- table afin que la pression ainsi fournie par le vent à son entrée vienne compenser les éventuelles dépressions causées le long du parcours, tant par réchauffement de l'air que par le manque d'étanchéité des tubes.
L'eau de mer qui arrivera d'un réservoir 21 par une conduite 22 avec une gravité de l'ordre de 2 m,50 à 3m,50 de différence de niveau, sera projetée dans les bassins de décantation 23, 24, 25 au moyen de tuyères Venturi 26 alimentées en air au moyen d'une soufflerie 27 sous faible pression et disposées suivant une certaine inclinaison.
Chacun des tubes 19 collecteurs d'air chaud se trouvera relié à sa propre tuyère ou aux bacs d'évaporation thermique 28 qui seront décrits ultérieurement.
Chacune des tuyères au nombre de six du bassin 23 - (eau de mer à 3,5B.) sera alimentée par un collecteur d'air chaud. Les deux tuyères du cycle suivant 24 seront alimentées chacune par deux collecteurs, elles seront d'un débit eau de 30 à 60% supérieures à celles du cycle 23 et la tuyère unique de gros débit de dernière projection 25 pour obtention du sel sec, sera alimentée par deux collecteurs. Dans le cas où les conditions atmosphériques seraient favorables, la spécialisation des différentes rampes de projection serait modifiée.
Il en sera de même dans le cas où l'obtention du sel sec serait réalisée dans les bacs 28 décrits plus loin ; certain nombre de collec- teurs d'air chaud 19 munis de by-pass auront une canalisation 29 en dérivation vers le grand côté des bacs aux points indiqués, l'admission d'air chaud sera réglée par des vannes.
Les proportions d'eau et d'air admises respectivement seront, en volume de l'ordre de 1/300 à 1/1000 suivant la vitesse du vent.
Il devra être tenu compte de la vitesse du vent pour régler la vitesse de l'air chaud admis dans les tuyères 26, ces dernières seront alimentées sous des vitesses qui seront obligatoirement supérieures à celle du vent afin que la proportion air froid, air chaud, n'abaisse pas la tension maxima de la vapeur au-dessous des limites avantageuses au bon rendement de l'opération.
Eventuellement, la vitesse du vent sera freinée par la pose de tous moyens mécaniques adéquats notamment panneaux, claies, etc.....
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Il est évident qu'une réaction chimique sera préférablement intercalée en cours d'opération pour éliminer la plus grande partie des sels de magnésium nuisibles.
Le nombre de projections pour obtention du sel sec sera de deux pour une tempsérature au soleil voisine de 35 C et de trois pour des températures avoisinant 20 c. Entre ces limites et au-dessus de 35 c, les réglages auxquels il est fait allusion plus haut seront utilisés pour obtenir une constante évaporation. Ces réglages pourront se faire automatiquement par des régulateurs automatiques de débit, électroniques ou non et enregis- trés sur un diagramme déroulant; les commandes seront, de ce fait, effectuées à distance.
L'évaporation totale de;l'eau de la dernière saumure conduit à l'obtention d'un sel dont la grosseur est voisine du 1/4 du diamètre des gouttelettes, mais pour certains usages, cette finesse qui avoisine la pul- vérulenàe n'étant pas souhaitable, l'installation comporte unevariante qui va être décrite ci-après; l'évaporation par projection n'étant utilisée que jusqu'au stade immédiatement inférieur au point de cristallisation du sel A ce moment la saumure concentrée et débarrassée de ses sels étrangers sera introduite par une canalisation 30 dans les bacs 28 alimentés à un niveau constant par un appareillage représenté dans la figure 7.
A hauteur du niveau atteint par la saumure et sir un des grands côtés du bac qui devra obligatoirement être au moins sept fois plus long que large; des tubulures 29 noyées dans la construction enverront une partie de l'air chaud, provenant des tubes 19 chauffés par les paraboles 20, lécher la surface de la saumure dont l'évaporation sera réalisée non seulement par la très forte tension de vapeur obtenue grâce à ces températures élevées mais encore par la vitesse de circulation du fluide asséchant.
Les bacs seront couverts et le matériau servant à cette couverture sera calorifugé autant que possible en même temps que des dispositifs formant relief à l'intérieur du couvercle, parallèlement à la surface de la saumure viendront augmenter le temps de contact entre cette dernière et l'air asséchant. Un contrôle de l'hygrométrie de l'air à la sortie sera mis en oeuvre afin de modifier la vitesse de passage de l'air chaud sur la saumure pour obtenir un rendement optima par saturation de cet air.
La fin d'opération sera indiquée par le remplissage du bac au niveau de la saumure primitive par du sel; ce dernier étantencore humide sera desséché par agitation à l'aide d'un procédé mécanique (vis sans fin par exemple), dans le courant d'air chaud ainsi qu'il est dit plus hauto
Il est possible, dans le but d'améliorer le prix de revient de la fabrication en utilisant pendant les périodes de non insolation et de vent, l'appareil producteur de l'énergie de pulvérisation, pour produire de l'énergie applicable à d'autres usages, par exemple en combinant les machines à pulvériser avec une éolienne susceptible d'actionner ces machines pendant la période d'insolation et de fonctionner comme appareil producteur d'énergie en dehors des périodes d'insolation lorsqu'il y a du vent,
par exemple pour remonter de l'eau ou fournir de l'énergie électrique pour l'éclairage, la force, etc....
Revendications.
1. Procédé de concentration de l'eau de mer pour obtenir la cristallisation du chlorure de sodium ou autre sels, caractérisé en ce qu'il consiste à activer l'évaporation de l'eau de mer, au cours de plusieurs stades de concentration, en soumettant cette eau, dans des conditions thermiques déterminées, à une pulvérisation aérienne obtenue par des moyens mécaniques ou pneumatiques de manière à provoquer ladite évaporation dans un volume spatial.