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Il est connu, notamment, dans l'industrie sucrière, sous le nom de multiple effet, de concentrer des solutions par évaporation, au moyen de chauffages, par des vapeurs, à des températures échelonnées, et d'utiliser les eaux de condensation des diverses vapeurs pour réchauffer en partie les solutions à concentrer.
On utilise, dans ce cas, un procédé de récupération par auto- évaporation mis en oeuvre dans une installation schématisée sur les figures
1 et 2. Dans ces schémas, les tuyauteries de vapeur sont représentées en traits double, les tuyauteries d'eau sont en trait simple et les tuyauteries de jus en trait interrompu.
Cette Installation connue comporte une batterie de récipients évaporateurs El ........ E 5 ........ une batterie parallèle de réchauffeurs R 0 ......., R 4 ......., et une batterie parallèle aux précédentes d'auto- évaporateurs A1... A5...
Le récipient évaporateur E 1 reçoit la vapeur haute pression V d venant des chaudières, la vapeur d'échappement V venant du turbo-alternateur ou des machines à piston de la centrale.
Le récipient évaporateur E 2 reçoit en outre la vapeur d'échappement V1 venant des machines à piston de la sucrerie (pompe à vide, pompe à gaz, etc. ) Il peut arriver dans certains cas que l'une ou deux des trois vapeurs ( V d, V o, V1) n'existe pas.
Le liquide à concentrer arrive dans le récipient évaporateur par une tuyauterie inférieure J a et, après évaporation partielle de l'eau qu'il contient, il en ressort par la tuyauterie J s.
La vapeur de jus engendrée dans le récipient évaporateur E 1 alimente d'une part le réchauffeur R 1... d'autre part le récipient suivant E 2. Chaque récipient évaporateur E n alimente ainsi en vapeur le réchauffeur R n et le récipient suivant E n + 1.
Le réchauffeur R o est alimenté directement par la vapeur V o d' échappement de la centrale.
Le dernier récipient évaporateur E 5 n'alimente pas de réchauffeur correspondant, mais sa vapeur s'échappe- directement au condenseur B par la tuyauterie T 5. Ce condenseur B reçoit également la vapeur sortant des récipients dits cultes C u, par l'intermédiaire du réchauffeur R c.
Le chauffage des cuites C u est assuré par une tuyauterie C 2 dérivée par exemple sur la tuyauterie T2, mais elle peut aussi bien être prélevée sur Tl et T 3.
Des prélèvements de vapeurs, tels que X 1, peuvent être effectués sur les tuyauteries T 1, T 2...... pour des usages hors sucrerie, par exemple pour une distillerie, une raffinerie, etc...
Les eaux condensées dans chaque récipient évaporateur E n sont réunies à celles sortant du réchauffeur R n 1 correspondant au récipient é vaporateur précédent et envoyées à l'auto-évaporateur suivant A n.
Dans chaque auto-évaporateur les eaux de condensation reçues sont en présence d'une atmosphère dont la pression est plus basse que celle correspondant à l'ébullltion pour la température d'entrée de l'eau dans l'appareil. Cette eau se met à bouillir, dégage de la vapeur et se refroidit progressivement jusqu'à ce que.sa température arrive à celle correspondant à la température d'ébullition sous la pression à l'intérieur de l'appareil.
La vapeur produite dans l'auto-évaporateur A n est ainsi envoyée par la tuyauterie T'n au réchauffeur correspondant R n.
Dans l'installation ci-dessus :
Les eaux condensées circulant dans les tuyauteries to, t1, t, t3
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sont à des températures échelonnées et décroissantes à partir de to. Ces températures sont voisines de températures de la vapeur dans les tuyauteries correspondantes to' t1't2...
Dans chaque auto-évaporateur, les eaux condensées abandonnent une partie des calories qu'elles contiennent et les vapeurs engendrées T'1' T'2' ... réduisent d'autant le prélèvement de vapeur dans le récipient cor- respondant E1' E2' E3.
Les eaux épuisées sortant d'un auto-évaporateur Asont envoyées dans le suivant A + 1. Des prélè--ements sont dirigés par les tuyauteries t 1 et tg2 vers les générateurs de vapeur. g g2
Les eaux épuisées sortent du dernier auto-évaporateur par la tuyauterie t o, et sont dirigées vers le désucrage des filtres-presse et les autres besoins généraux. L'exédent éventuel allant à l'égout.
Ces eaux peuvent alors passer en partie ou en totalité dans un échangeur E dans lequel elles réchauffent du jus vert, chaulé ou carbonaté, avant d'être utilisées pour les usages généraux, le surplus est envoyé à l'égout.
Il est bien évident que ce schéma général, donné à titre d'exem- ple, est susceptible de comporter de nombreuses variantes.
Le schéma de l'échange thermique dans le procédé ci-dessus, est représenté sur la figure 3 dans laquelle les calories C sont portées sur l'axe 0 X et les températures T sur l'axe 0 Y .
L'eau condensée arrivant dans l'auto-évaporateur A 1 à la tempé- rature to produira de la vapeur à une température inférieure t'1 qui s' échappera par le conduit T'1 pour se condenser dans le réchauffeur R 1.
Dans ce réchauffeur le jus sera réchauffé de la température t j a - à la température t j s. La surve a--b-c-d (figure 1) représente le nombre de calories échangées dans le réchauffeur.
Ce procédé connu de récupération présente l'Inconvénient de don- ner des calories à un potentiel inférieur à celui t o des eaux de conden- sation, c'est-à-dire de libérer des calories déjà dégradées. L'économie de combustible réalisée est ainsi inférieure à celle que l'on pourrait at- tendre .
D'autre part, le procédé de récupération par auto-évaporation, donne des calories dont les potentiels sont échelonnés de façon discontinue, les potentiels des calories récupérées ne correspondent pas toujours aux besoins de réchauffage; l'utilisation des calories est ainsi rendue moins efficace.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de ce procédé connu.
Elle conserne un procédé de récupération des calories contenues dans les eaux de condensation d'une installation de concentration de liquides par multiple effet, avec chauffage par vapeurs prélevées,procédé caractérisé par ce qu'on utilise directement les eaux de condensation, à la température même (aux déperditions thermiques près) où elles sont recueillies pour ef- fectuer par échange à travers une paroi les réchauffages nécessaires, ce qui permet de recueillir et d'utiliser des calories à leur potentiel le plus élevé possible.
Suivant une caractéristique de l'Invention on envoie directement les eaux de condensation de chaque étage, séparément dans les éléments dis- posés en série, d'un échangeur par surface, dans lequel on fait passer, d'autre part, le liquide à réchauffer, ce qui permet notamment de disposer d'une gamme continue de température pour le réchauffage des liquides à une température précise.
L'invention concerne également l'application des procédés précé-
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dents à la concentration des jus sucrés.
L'invention s'étend également à une installation pour la mise en oeuvre des procédés précédents ou procédés similaires, caractérisée parce qu'elle comporte un échangeur par surface comportant, coté eau, un circuit raccordé en des points échelonnés sur sa longueur aux différents étages d'appareils producteurs d'eau condensée, le coté liquide à ré- chauffer, tel que jus, étant divisé en sections ne communiquant pas entre elles, ce qui permet, dans chacune de ces sections, d'effectuer un ré- chauffage de liquide à des températures différentes.
Suivant une caractéristique de l'Invention le circuit eau de l'échangeur, alimenté à chaque étage en eau condensée, est raccordé d' autre part à des canalisations de départ alimentant les différents ser- vices utilisant de l'eau chaude, le surplus étant évacué à l'égout.
Suivant une autre caractéristique de l'invention l'installa- tion de récupération comporte deux échangeurs à surface, le premier réchauffé par les eaux condensées des étages supérieurs, alimentant par son circuit eau, les besoins en eau chaude de la chaufferie, le second échan- geur réchauffé par les eaux condensées des étages inférieurs, coopérant avec le premier pour le réchauffage des liquides tels que jus.
Suivant une autre caractéristique de l'invention les circuits de liquide à réchauffer tels que jus comportent une section d'un échan-. geur, une ou plusieurs sections de l'autre échangeur, ces sections étant réunies entre elles en parallèle ou en série, ce qui permet d'utiliser les zones à même température des deux échangeurs pour le réchauffage d'un même circuit de jus.
Suivant une forme de réalisation de l'invention 1'échangeur de température est divisé, coté eau et côté jus, en sections décalées l'une par rapport à l'autre dans la direction générale de déplacement des liquides, chaque section étant parcourue par un liquide circulant en sens contraire de celui qui circule dans les sections situées de l'autre côté de la surface d'échange.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention l'échangeur est constitué d'éléments séparés comportant chacun un circuit d'eau condensée séparé d'un circuit de jus à réchauffer par une paroi d'échange, les circuits d'eau condensée étant reliés en série par des raccordements extérieurs.
L'invention s'étend également aux caractéristiques ci-après décrites et à leurs diverses combinaisons possibles.
Des installations de récupération conforme à la présente invention et des schémas relatifs à leur fonctionnement sont représentés, à titre d'exemple, sur le dessin ci-joint, dans lequel:
La figure 4 est une vue schématique de l'ensemble de l'installation.
La figure 5 est une vue schématique partielle de l'installation dans le cas où les eaux de chaufferie sont réchauffées séparément.
La figure 6 est une vue schématique partielle d'une première étape d'installation, dans le cas d'une installation réalisée en deux étapes .
La figure 7 est une vue schématique partielle montrant une forme de réalisation de l'échangeur et de ses raccordements aux auto-évaporateurs.
La figure 8 est une vue schématique d'un échangeur en éléments séparés.
La figure 9 est un schéma explicatif de l'échange thermique dans
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le procédé de l'invention.
La figure 10 est une vue en perspective d'un mode de réalisation des éléments de l'échangeur.
La figure 11 est une vue en coupe de l'échangeur montrant la circulation des liquides.
La figure 12 est une vue en perspective de l'ensemble d'un échangeur.
La figure 13 représente le schéma d'ensemble de circulation dans le cas où on utilise quatre groupes de 10 plaques chacun.
L'installation conforme à l'invention représentée sur la figure 4 comporte les éléments connus :récipients évaporateurs E 1 - E 5, réchauffeurs R 0 - R 5 et les canalisations les reliant, de l'Installation comme représenté sur la figure 1. Toutefois, les auto-évaporateurs sont supprimés dans leur fonction antérieurs d'auto-évaporation, ils peuvent être;, soit maintenus en tant que récipients collecteurs d'eaux condensées, soit remplacés par de tels récipients. Mais dans tous les cas les tuyauteries T'1, T'2... sont fermées ou supprimées annulant ainsi la fonction antérieure d'auto-évaporation.
Suivant la présente invention on dispose à la suite de la batterie de réchauffeurs R 1, R 2... une batterie decollecteurs d'eau condensée C 1, C 2, C 3, C 4 , C 5 alimentant un groupe échangeur de température 2 dont la surface séparant les fluides est schématisée par la paroi 3.
D'un côté de cette surface circulent les eaux dans la direction générale des flèches f 1 . De l'autre côté de cette surface circulent les jus à réchauffer dans la direction générale des flèches f 2, Inverse de f 1 .
Le groupe échangeur de température 2 comporte autant d'entrées d'eau chaude qu'il existe de collecteurs C1, C2, C3, chaque collecteur alimentant le réchauffeur par un conduit t'o, t'1, t'2... Du côté des jus, l'échangeur est divisé en section recevant 41; 42, 43; isolées entre elles chaque section recevant le jus à réchauffer à une de ses extrémités par une tuyauterie J, et présentant à son autre extrémité une tuyauterie J'l pour la sortie du jus réchauffé.
La température des eaux de chauffage décroit progressivement depuis l'arrivée t'o, jusqu'à l'arrivée t'4 et les sections 41, 42.... peu- vent être disposées et échelonnées le long du circuit d'eau chauffante de manière à ce que la température de sortie des jus réchauffés soit exactement celle qui est désirée.
L'eau chaude arrivant dans l'échangeur par les tuyauteries t'0, t'1, t'2 en ressort par une tuyauterie t e 5 desservant les services généraux, par une tuyauterie t g 1 alimentant la chaufferie, ces tuyauteries sont branchées sur l'échangeur aux points correspondant aux températures de l'emploi de l'eau prélevée.
L'extrémité de l'échangeur 2 côté eau, est enfin raccordée à 1' égout par la tuyauterie t e 6.
Dans le cas où 1' on désire traiter séparément les eaux destinées à la chaufferie on peut réaliser l'installation comme il est représenté schématiquement sur la figure 5.
Sur cette figure, les batteries d'évaporateurs et de réchauffeurs identiques à celles de la figure 2 ne sont pas représentées.
L'installation représentée sur la figure 5 comporte deux groupes d'échangeurs 7 - 8.
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Le groupe d'échangeurs 7 est alimenté, côté eau, par les tuyau- teries t'o et t'l raccordées aux deux collecteurs C 1 et C 2. L'extrémité opposée du circuit eau de l'échangeur est raccordée à la tuyauterie t g 1 d'alimentation de la chaufferie.
Du coté jus, ce premier échangeur comporte une première section 41 dans laquelle le jus arrive par la tuyauterie J 1 et de laquelle il sort par la tuyauterie j' 1 pour être utilisé.
Le deuxième groupe d'échangeurs 8 comporte, côté eau, un circuit alimenté en des points échelonnés par l'intermédiaire des'tuyauteries t'2, t'3, t'4 raccordées aux collecteurs C 3, C 4, C 5. L'eau sort de ce circuit par la tuyauterie t e 5 alimentant les services généraux et le surplus est envoyé à l'égoût par la tuyauterie t e 6.
Le long du circuit eau du deuxième groupe d'échangeurs 8 sont échelonnées des sections 91' 92' 93' 94' parcourues par les jus. Ces sec- tions sont combinées à des sections analogues 101' 102, 103, 104 disposées dans le premier groupe d'échangeurs 7, par exemple de la façon suivante :
Le jus arrive par la tuyauterie J, se divise, parcourt dans le même sens les sections 91' 102 et les deux flux se rassemblent pour parcou- rir la section 101 de l'échangeur 7 avant d'être évacués par le conduit J' 2
Le jus arrive par le conduit J 3, se divise, parcourt dans le même sens les sections 92 et 103, les flux se rassemblent pour sortir par le conduit J'3.
Le jus arrive par le conduit J 4, parcourt la section 94' se di- vise pour parcourir les sections 93 et 104 les flux se rassemblent pour s' échapper par le conduit J'4.
L'installation représentée sur la figure 5 permet de traiter sé- parément les eaux destinées à la chaufferie, et de scinder l'installation des échangeurs en deux groupes distincts qui peuvent être réalisés séparément et en deux étapes.
Dans ce cas de réalisation en étapes, la première étape sera réalisée par exemple comme 11 est représenté sur la figure 6.
Dans la batterie de collecteurs C1' C5' le premier appareil A1 est maintenu dans sa fonction antérieure d'auto évaporation et continue d'en- voyer la vapeur engendrée vers les réchauffeurs R1 parla tuyauterie T'1.
L'échangeur 11 est alimenté, coté eau, de façon échelonnée par les collecteurs C2 C3 C4 C5 et le circuit de l'eau est raccordé aux canali- sations de sortie t e 5 vers les services, t g 1 vers la chaufferie et t e 6 vers l'égout.
L'échangeur, coté jus, comporte, comme dans le cas de la figure 4, des sections 41.... 44 échelonnées le long du circuit eau, aux points convenables pour que es jus sortant par les tuyauteries J'1' J'2... soient à la température désirée.
Dans le cas où la perte de charge dans l'échangeur, coté eau, serait trop importante, les raccordements entre les collecteurs C1 C3 C2 et l'échangeur, et cet échangeur lui-même sont réalisés comme il est repré- senté sur la figure 7.
Dans ce cas l'échangeur 12 est divisé en sections indépendantes 121, 122, 123,124, du côté eau, et 131, 132 133, 134, a une section jus.
Chaque section côté eau, correspond à une section côté jus, et elle est séparée de cette dernière par la paroi d'échange 14. Les sections sont sé-
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parées l'une de l'autre par des parois transversales communes 151, 152.
Le collecteur C 1 joue dans ce cas le rôle d'un mélangeur qui présente un tube de niveau 16. Il envoie de l'eau chaude par l'intermé- diaire d'une pompe 17 i et d'une vanne 18 1 et par une tuyauterie t '-' (i-1) dans la section 122 de l'échangeur qui communique par l'orifice 19 avec la section 123. L'eau ayant abandonné une partie de ses calories sort de la section 12 de l'échangeur pour arriver au collecteur C (1 +1) par le conduit t'i. Des thermomètres 20 sont placés sur les tuyauteries t Il (1-1) et t"1 ci-dessus.
Le collecteur C (i + 1) qui reçoit l'eau chaude par le tuyau t'1 et qui présente, lui aussi, un niveau 16, alimente une pompe 17 (1 + 1) qui refoule cette eau chaude par l'Intermédiaire d'une vanne 18 (1 +1) et d'un conduit t'Il dans la section 12.4 de l'échangeur qui communique avec la section suivante :
Du côté jus, les sections 131, 132 communiquent entre elles par l'orifice 21, les sections 133, 134 par l'orifice 22.
Des jus pénétrent dans la section 132 par le conduit J k et res- sortent du conduit 131 par un conduit J'K.
D'autre jus pénètrent dans la section 13 par le conduit J (k + 1) et sortent de la section 133 par le conduit J'1 (4k+1).
Les sections telles que 122, 123 communiquant entre elles coté eau, sont ainsi disposées de façon décalée dans la direction générale de circulation des liquides, par rapport aux sections, telles que 133, 134, communiquant entre elles, côté jus.
Dans chaque collecteur, les eaux arrivant de l'échangeur par les tuyauteries tel se mélangent à celles venant des évaporateurs E 1 et des ré- chauffeurs R 1 par les canalisations t 1, le mélange étant ensuite refoulé par la pompe correspondante dans une section de l'échangeur 12.
Il est bien évident que, si les dimensions des groupes d'échan- geurs sont trop importantes pour que leur réalisation soit facile, on peut fractionner ces groupes en éléments distincts raccordés les uns aux autres.
Dans le cas de la figure 8, par exemple, 1-'échangeur 22 est di- visé en plusieurs échangeurs élémentaires 221 222.....229' chacun comporte deux circuits, l'un d'eau 231 l'autre de jus 241, séparés par une paroi d' échange 251.
Les circuits d'eau 231, 232.... 239 sont tous raccordés l'un à l'autre en série, par des tuyauteries extérieures aux échangeurs. Les col- lecteurs C1 C2 C3 Ci. C5 sont raccordés à l'extrémité du circuit 231 pour C1 à la jonction 231, 232 pour C2, à la jonction 233, 234 pour C3, à la jonc- tion 235, 236 pour C4 et à la jonction 236, 237 pour C5.
Le départ t e 5 vers les services généraux est branché sur le raccordement entre 237 et 23, celui tg 1 vers la chaufferie est branché sur le raccordement entre les sections 238 et 239, enfin l'extrémité de la sec- tion 239 est raccordée à l'égout par la conduite t e 6.
Du côté jus, les sections sont raccordées l'une à l'autre en sé- rie, soit par deux, comme 241, 242, ou 243, 244, 248, 249, soit par trois, comme 245,246, 247.
A titre d'exemple les échangeurs utilisés dans les Installations conformes à l'invention peuvent être du type connu comme il est représenté sur les figures 10, 11 et 12.
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L'échangeur représenté est constitué de plaques 301' 302, pré- sentant d'un côté un rebord 31 et percées de quatre trous 321' 324' aux an- gles, dont deux trous 32.,, 323 en diagonale sont entourés d'un rebord 321'
322 de même hauteur que le rebord 31.
Ces plaques 301' 302 sont alternées avec des plaques analo- gues 341,342... analogues aux précédentes mais dans lesquelles les trous présentant un rebord sont les trous 322, 324.
Chaque plaque présente pour sa suspension un crochet 35.
Ces plaques sont disposées les unes contre les autres et accrochées par leur crochet 35 à une poutre support 36. Elles sont serrées 1' une contre l'autre, entre deux coffres extrêmes 37 présentant les tubulures 38 d'entrée et de sortie des liquides (figure 12). Dans l'échangeur ainsi réalisé l'un des liquides arrive suivant la flèche F 4, circule dans la partie creuse des plaques 301., 302 suivant F4 et sort de l'échangeur sui- vant F 4.
L'autre liquide arrive sui ant la flèche F 5, circule dans la partie creuse des plaques 341,342, suivant la flèche F5, pour sortir de l'échangeur suivant cette flèche F5(figures 10 et 11).
L'ensemble représenté sur la figure 11 constitue un groupe de plaques dans lequel chacun des liquides est partagé en plusieurs flux parallèles. L'échangeur complet (figure 13) est constitué par la juxtaposition du nombre adéquat de groupes, séparés par des plaques borgnes. Le circuit complet de chacun des deux liquides est ainsi constitué par plusieurs grou- pes traversés en série, alors que dans chaque groupe le liquide circule en parallèle entre les diverses plaques constituant le groupe.
Les avantages techniques des installations décrites ressortent notamment des comparaisons suivantes :
Si l'on représente sur un graphique analogue à celui de la figure 3, les courbes d'échange dans le cas de l'échangeur conforme à l'invention, on obtient le graphique représenté sur la figure 9.
Les eaux de condensation sortant d'un étage à la température t'o égale à celle de la température de ces eaux dans le cas de la figure 3, sont directement utilisées dans un échangeur à surface dans lequel leur température décroît de t'o à t"1 tandis que la température du jus à réchauffer est portée de t'ja à t'js.
La surface représentant l'échange thermique est un parallélogramme a'b'c'd' de même surface que le quadrilatère abod,mais s'étendant sur des températures supérieures à celles de ce quadrilatère abcd.
Le procédé revendiqué permet ainsi de récupérer des calories dont le potentiel est plus élevé que celui des calories récupérées par les procédés connus d'auto-évaporation.
La présente invention permet ainsi de supprimer la dévalorisation d'un étage dans l'ensemble des calories, récupérées. Il n'y a pas gain de calories, mais les calories récupérées sont à une température plus élevée et procurent, de ce fait des économies de combustible plus élevées.
En résumé le procédé et l'installation décrits permettent de réaliser les avantages techniques suivants :
1 ) Les calories récupérées sont à une température plus élevée que dans le cas des procédés connus de récupération et procurent de ce fait des économies accrues de combustibles.
2 ) Les échangeurs permettent de récupérer des calories à des
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températures variant;, dans le circuit eau, de façon continue depuis un maximum jusqu'à un minimum.
Il est alors possible de disposer les sections, côté jus, de cet échangeur, en position convenable, par rapport au circuit coté eau de manière à ce que les jus parcourant cette section sortent exactement à la température désirée.
REVENDICATIONS.
L'invention s'étend notamment aux caractéristiques ci-après décrites et à leurs dit-erses combinaisons possibles.
1 - Procédé de récupération des calories contenues dans les eaux de condensation d'une installation de concentration de liquides par multiple effet avec chauffages par vapeurs prélevées, procédé caractérisé par ce qu'on utilise directement les eaux de condensation, à la température même où elles sont recueillies pour effectuer par échange à travers une paroi les réchauffages nécessaires, ce qui permet de recueillir et d'utiliser des calories à leur potentiel le plus élevé possible.
2 - Procédé de récupération conforme au précédent, caractérisé par ce que l'on envoie directement les eaux de condensation de chaque étage séparément dans les éléments disposés en série, d'un échangeur par surface, dans lequel on fait passer d'autre part le liquide à réchauffer, ce qui permet notamment de disposer d'une gamme continue de température pour le réchauffage de liquides à une température précise.
3 - L'application des proc édés sui ant 1 et 2 à la concentration des jus sucrés .
4 - Installation pour la mise en oeuvre des procédés précédents ou procédés similaires caractérisés en ce qu'elle comporte un échangeur par surface (2) comportant, côté eau, un circuit raccordé en des points échelonnées sur sa longueur au différents étages d'appareils producteurs d'eau condensée, le côté liquide à réchauffer tel que jus étant divisé en sections ne communiquant pas entre elles, ce qui permet dans chacune de ces sections, d'effectuer un réchauffage de liquide à des températures différentes.
5 - Le circuit eau de l'échangeur, alimenté à chaque étage en eau condensée, est raccordé d'autre part à des canalisations de départ alimentant les différents services utilisant de l'eau chaude, le surplus étant évacué à l'égoùt.
6 - Un mode de réalisation de 4 caractérisé par ce que l'installation de récupération comporte deux échangeurs (7, 8), à surface, le premier -7- réchauffé par les eaux condensées des étages supérieurs, alimentant par son circuit d'eau les besoins en eau chaude de la chaufferie, le second échangeur (8) réchauffé par les eaux condensées des étages inférieurs, coopérant avec le premier pour le réchauffage des liquides tels que jus.
7 - Les circuits de liquide à réchauffer tels que jus, comportant une section (91) d'un échangeur (8) une ou plusieurs sections (101,102) de l'autre échangeur 7, ces sections étant réunies entre elles en parallèle ou en série, ce qui permet d'utiliser les zones à même température des deux échangeurs pour le réchauffage d'un même circuit de jus.
8 - Un mode de réalisation particulier de l'installation de récupération suivant 4 , caractérisé par ce que les eaux condensées de l'étage supérieur ne sont pas envoyées à l'échangeur de température, la récupération de leurs calories continuant à être effectuée par auto-évaporation au bénéfice des chauffages assurés par l'étage inférieur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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It is known, in particular, in the sugar industry, under the name of multiple effect, to concentrate solutions by evaporation, by means of heating, by vapors, at staggered temperatures, and to use the condensation water of the various vapors to partially heat the solutions to be concentrated.
In this case, a recovery process by self-evaporation is used, implemented in an installation shown diagrammatically in the figures.
1 and 2. In these diagrams, the steam pipes are shown in double lines, the water pipes are in single lines and the juice pipes in broken lines.
This known installation comprises a bank of evaporator vessels El ........ E 5 ........ a parallel bank of heaters R 0 ......., R 4 ..... .., and a battery parallel to the previous auto-evaporators A1 ... A5 ...
The evaporator vessel E 1 receives the high pressure vapor V d coming from the boilers, the exhaust vapor V coming from the turbo-alternator or from the piston machines of the plant.
The evaporator receptacle E 2 also receives the exhaust vapor V1 coming from the piston machines of the sugar refinery (vacuum pump, gas pump, etc.) It may happen in certain cases that one or two of the three vapors ( V d, V o, V1) does not exist.
The liquid to be concentrated arrives in the evaporator container via a lower pipe J a and, after partial evaporation of the water it contains, it leaves it via the pipe J s.
The juice vapor generated in the evaporator container E 1 supplies on the one hand the heater R 1 ... on the other hand the following container E 2. Each evaporator container E n thus supplies the heater R n and the following container with steam E n + 1.
The heater R o is supplied directly by the steam V o exhaust from the plant.
The last evaporator vessel E 5 does not supply a corresponding heater, but its vapor escapes directly to the condenser B via the pipe T 5. This condenser B also receives the vapor leaving the so-called cult vessels C u, via the intermediary heater R c.
The heating of the pipes C u is provided by a pipe C 2 derived for example from the pipe T2, but it can also be taken from Tl and T 3.
Samples of vapors, such as X 1, can be taken from the pipes T 1, T 2 ...... for uses other than sugar refinery, for example for a distillery, a refinery, etc.
The water condensed in each evaporator container E n is combined with that leaving the heater R n 1 corresponding to the preceding evaporator container and sent to the following auto-evaporator A n.
In each auto-evaporator, the condensed water received is in the presence of an atmosphere whose pressure is lower than that corresponding to the boiling for the temperature of the water entering the device. This water begins to boil, gives off steam and gradually cools until its temperature reaches that corresponding to the temperature of boiling under the pressure inside the apparatus.
The steam produced in the auto-evaporator A n is thus sent through the pipe T'n to the corresponding heater R n.
In the above installation:
The condensed water circulating in the pipes to, t1, t, t3
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are at graded and decreasing temperatures from to. These temperatures are close to the temperatures of the steam in the corresponding pipes to 't1't2 ...
In each auto-evaporator, the condensed water gives up part of the calories it contains and the vapors generated T'1 'T'2' ... reduce the amount of steam taken from the corresponding receptacle E1 'E2 by the same amount. 'E3.
The exhausted water leaving an auto-evaporator A is sent to the next A + 1. Samples are sent through the pipes t 1 and tg2 to the steam generators. g g2
The exhausted water leaves the last auto-evaporator through the t o piping, and is directed to de-sugar the filter presses and other general needs. Any excess going to the sewer.
This water can then pass in part or in whole in an exchanger E in which it heats green juice, limed or carbonated, before being used for general uses, the surplus is sent to the sewer.
It is obvious that this general scheme, given by way of example, is likely to include many variations.
The diagram of the heat exchange in the above process is shown in FIG. 3 in which the calories C are plotted on the 0 X axis and the temperatures T on the 0 Y axis.
The condensed water arriving in the auto-evaporator A 1 at the temperature to will produce steam at a lower temperature t'1 which will escape through the duct T'1 to condense in the heater R 1.
In this heater, the juice will be heated from temperature t j a - to temperature t j s. Monitor a - b-c-d (figure 1) represents the number of calories exchanged in the heater.
This known recovery process has the drawback of delivering calories at a potential lower than that t o of condensation water, that is to say of releasing calories which have already been degraded. The fuel savings achieved are thus less than one would expect.
On the other hand, the recovery process by self-evaporation gives calories whose potentials are staggered discontinuously, the potentials of the recovered calories do not always correspond to the heating needs; the use of calories is thus made less efficient.
The object of the present invention is to remedy the drawbacks of this known process.
It consists of a process for recovering the calories contained in the condensation water of an installation for concentrating liquids by multiple effect, with heating by vapors taken, a process characterized by the fact that the condensation water is used directly, at the same temperature (except for thermal losses) where they are collected in order to effect by exchange through a wall the necessary reheating, which makes it possible to collect and use calories at their highest possible potential.
According to a characteristic of the invention, the condensed water from each stage is sent directly, separately to the elements arranged in series, from a surface exchanger, through which the liquid to be heated is passed on the other hand. , which makes it possible in particular to have a continuous temperature range for heating liquids to a precise temperature.
The invention also relates to the application of the above methods.
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teeth to the concentration of sweet juices.
The invention also extends to an installation for carrying out the preceding methods or similar methods, characterized because it comprises a surface exchanger comprising, on the water side, a circuit connected at points staggered over its length to the various stages. apparatus for producing condensed water, the liquid side to be heated, such as juice, being divided into sections not communicating with each other, which makes it possible, in each of these sections, to reheat the liquid at different temperatures.
According to one characteristic of the invention, the water circuit of the exchanger, supplied at each stage with condensed water, is on the other hand connected to outgoing pipes supplying the various services using hot water, the surplus being evacuated to the sewer.
According to another characteristic of the invention, the recovery installation comprises two surface exchangers, the first heated by the condensed water from the upper floors, supplying by its water circuit, the hot water needs of the boiler room, the second exchanging it. - manager heated by the condensed water from the lower floors, cooperating with the first for the heating of liquids such as juice.
According to another characteristic of the invention, the liquid circuits to be heated such as juice comprise a section of an exchanger. geur, one or more sections of the other exchanger, these sections being joined together in parallel or in series, which makes it possible to use the zones at the same temperature of the two exchangers for reheating the same juice circuit.
According to one embodiment of the invention, the temperature exchanger is divided, on the water side and the juice side, into sections offset with respect to one another in the general direction of movement of the liquids, each section being traversed by a liquid flowing in the opposite direction to that flowing in the sections located on the other side of the exchange surface.
According to another embodiment of the invention, the exchanger consists of separate elements each comprising a condensed water circuit separated from a juice circuit to be heated by an exchange wall, the condensed water circuits being connected in series by external connections.
The invention also extends to the characteristics described below and to their various possible combinations.
Recovery installations according to the present invention and diagrams relating to their operation are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which:
Figure 4 is a schematic view of the entire installation.
FIG. 5 is a partial schematic view of the installation in the case where the boiler room water is heated separately.
FIG. 6 is a partial schematic view of a first installation step, in the case of an installation carried out in two steps.
FIG. 7 is a partial schematic view showing one embodiment of the exchanger and its connections to the auto-evaporators.
FIG. 8 is a schematic view of an exchanger in separate elements.
Figure 9 is an explanatory diagram of the heat exchange in
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the method of the invention.
FIG. 10 is a perspective view of one embodiment of the elements of the exchanger.
Figure 11 is a sectional view of the exchanger showing the circulation of liquids.
FIG. 12 is a perspective view of the assembly of an exchanger.
FIG. 13 shows the overall flow diagram in the case where four groups of 10 plates each are used.
The installation according to the invention shown in FIG. 4 comprises the known elements: evaporator containers E 1 - E 5, heaters R 0 - R 5 and the pipes connecting them, of the Installation as shown in FIG. 1. However , the self-evaporators are eliminated in their previous function of self-evaporation, they can be ;, either maintained as collecting vessels for condensed water, or replaced by such vessels. But in all cases the pipes T'1, T'2 ... are closed or removed, thus canceling the previous auto-evaporation function.
According to the present invention, following the bank of heaters R 1, R 2 ..., there is a bank of condensed water collectors C 1, C 2, C 3, C 4, C 5 supplying a temperature exchanger group 2 whose surface separating the fluids is shown schematically by wall 3.
On one side of this surface the water circulates in the general direction of the arrows f 1. On the other side of this surface circulate the juices to be heated in the general direction of the arrows f 2, inverse of f 1.
The temperature exchanger group 2 has as many hot water inlets as there are manifolds C1, C2, C3, each manifold supplying the heater through a conduit t'o, t'1, t'2 ... Du juice side, the exchanger is divided into receiving section 41; 42, 43; isolated from each other, each section receiving the juice to be heated at one end by a pipe J, and having at its other end a pipe J'l for the outlet of the heated juice.
The temperature of the heating water gradually decreases from the arrival t'o to the arrival t'4 and sections 41, 42 ... can be arranged and staggered along the heating water circuit so that the outlet temperature of the reheated juices is exactly what is desired.
The hot water arriving in the exchanger through the pipes t'0, t'1, t'2 comes out through a pipe 5 serving you general services, by a tg 1 pipe supplying the boiler room, these pipes are connected to the 'exchanger at the points corresponding to the temperatures of the use of the water withdrawn.
The end of the exchanger 2 on the water side is finally connected to the sewer by the piping t e 6.
If it is desired to separately treat the water intended for the boiler room, the installation can be carried out as shown schematically in FIG. 5.
In this figure, the batteries of evaporators and heaters identical to those in figure 2 are not shown.
The installation shown in FIG. 5 comprises two groups of exchangers 7 - 8.
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The group of exchangers 7 is supplied, on the water side, by the t'o and t'l pipes connected to the two collectors C 1 and C 2. The opposite end of the water circuit of the exchanger is connected to the piping tg 1 of supply to the boiler room.
On the juice side, this first exchanger has a first section 41 in which the juice arrives through the pipe J 1 and from which it leaves through the pipe j '1 to be used.
The second group of exchangers 8 comprises, on the water side, a circuit supplied at staggered points via pipes t'2, t'3, t'4 connected to collectors C 3, C 4, C 5. L The water leaves this circuit through the pipe 5 supplying the general services and the surplus is sent to the sewer through the pipe 6.
Along the water circuit of the second group of exchangers 8 are staggered sections 91 '92' 93 '94' traversed by the juices. These sections are combined with similar sections 101 '102, 103, 104 arranged in the first group of exchangers 7, for example as follows:
The juice arrives through pipe J, splits, travels in the same direction through sections 91 '102 and the two flows come together to travel through section 101 of exchanger 7 before being discharged through pipe J' 2
The juice arrives via the conduit J 3, divides, travels in the same direction through sections 92 and 103, the flows gather to exit via the conduit J'3.
The juice arrives through the conduit J 4, travels through the section 94 'is divided to travel through the sections 93 and 104, the flows gather to escape through the conduit J'4.
The installation shown in FIG. 5 makes it possible to separately treat the water intended for the boiler room, and to split the installation of the exchangers into two distinct groups which can be carried out separately and in two stages.
In this case of realization in stages, the first stage will be carried out for example as 11 is represented in FIG. 6.
In the bank of collectors C1 'C5', the first apparatus A1 is maintained in its previous function of self-evaporation and continues to send the vapor generated to the heaters R1 through the piping T'1.
The exchanger 11 is supplied, on the water side, in a staggered manner by the collectors C2 C3 C4 C5 and the water circuit is connected to the outlet pipes te 5 to services, tg 1 to the boiler room and te 6 to taste.
The exchanger, on the juice side, has, as in the case of Figure 4, sections 41 .... 44 staggered along the water circuit, at suitable points so that the juice exiting through the pipes J'1 'J' 2 ... are at the desired temperature.
In the event that the pressure drop in the exchanger, on the water side, is too great, the connections between the manifolds C1 C3 C2 and the exchanger, and this exchanger itself are made as shown in the figure. 7.
In this case, the exchanger 12 is divided into independent sections 121, 122, 123, 124, on the water side, and 131, 132, 133, 134, has a juice section.
Each section on the water side corresponds to a section on the juice side, and it is separated from the latter by the exchange wall 14. The sections are separated.
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adorned with each other by common transverse walls 151, 152.
The collector C 1 plays in this case the role of a mixer which has a level tube 16. It sends hot water through the intermediary of a pump 17 i and a valve 18 1 and by a pipe t '-' (i-1) in section 122 of the exchanger which communicates through orifice 19 with section 123. The water having abandoned part of its calories leaves section 12 of the exchanger to reach the collector C (1 +1) via the conduit t'i. Thermometers 20 are placed on the pipes t II (1-1) and t "1 above.
Collector C (i + 1) which receives hot water via pipe t'1 and which also has a level 16, supplies a pump 17 (1 + 1) which delivers this hot water via Intermediate d '' a valve 18 (1 +1) and a t'Il pipe in section 12.4 of the exchanger which communicates with the following section:
On the juice side, the sections 131, 132 communicate with each other through the orifice 21, the sections 133, 134 through the orifice 22.
Juices enter section 132 through conduit J k and exit from conduit 131 through conduit J'K.
Other juices enter section 13 via conduit J (k + 1) and exit section 133 via conduit J'1 (4k + 1).
Sections such as 122, 123 communicating with each other on the water side, are thus arranged offset in the general direction of circulation of the liquids, with respect to the sections, such as 133, 134, communicating with each other on the juice side.
In each collector, the water arriving from the exchanger via the pipes such as this mixes with that coming from the evaporators E 1 and from the heaters R 1 via the pipes t 1, the mixture then being delivered by the corresponding pump in a section of the exchanger 12.
It is quite obvious that, if the dimensions of the groups of exchangers are too large for their realization to be easy, these groups can be split into distinct elements connected to each other.
In the case of Figure 8, for example, 1-'exchanger 22 is divided into several elementary exchangers 221 222 ..... 229' each comprises two circuits, one for water 231 the other for juice. 241, separated by an exchange wall 251.
The water circuits 231, 232 .... 239 are all connected to one another in series, by pipes outside the exchangers. The collectors C1 C2 C3 Ci. C5 are connected at the end of circuit 231 for C1 at junction 231, 232 for C2, at junction 233, 234 for C3, at junction 235, 236 for C4 and at junction 236, 237 for C5.
Departure te 5 to general services is connected to the connection between 237 and 23, that tg 1 to the boiler room is connected to the connection between sections 238 and 239, finally the end of section 239 is connected to the 'sewer by the pipe 6.
On the juice side, the sections are connected to each other in series, either by two, such as 241, 242, or 243, 244, 248, 249, or by three, such as 245, 246, 247.
By way of example, the exchangers used in the installations according to the invention can be of the known type as shown in Figures 10, 11 and 12.
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The exchanger shown consists of plates 301 ′ 302, having on one side a flange 31 and pierced with four holes 321 ′ 324 ′ at the angles, of which two holes 32. ,, 323 are diagonally surrounded by a ledge 321 '
322 of the same height as the flange 31.
These plates 301 '302 are alternated with similar plates 341, 342 ... similar to the previous ones but in which the holes having a rim are the holes 322, 324.
Each plate has a hook 35 for its suspension.
These plates are arranged against each other and hooked by their hook 35 to a support beam 36. They are clamped one against the other, between two end boxes 37 having the pipes 38 for entering and leaving liquids ( figure 12). In the exchanger thus produced, one of the liquids arrives according to the arrow F 4, circulates in the hollow part of the plates 301, 302 according to F4 and leaves the exchanger following F 4.
The other liquid arrives along the arrow F 5, circulates in the hollow part of the plates 341,342, along the arrow F5, to exit the exchanger along this arrow F5 (Figures 10 and 11).
The assembly shown in FIG. 11 constitutes a group of plates in which each of the liquids is divided into several parallel flows. The complete exchanger (figure 13) is formed by the juxtaposition of the appropriate number of groups, separated by blind plates. The complete circuit of each of the two liquids is thus constituted by several groups crossed in series, while in each group the liquid circulates in parallel between the various plates constituting the group.
The technical advantages of the installations described emerge in particular from the following comparisons:
If we represent on a graph similar to that of Figure 3, the exchange curves in the case of the exchanger according to the invention, we obtain the graph shown in Figure 9.
The condensation water leaving a stage at the temperature t'o equal to that of the temperature of these waters in the case of FIG. 3, are directly used in a surface exchanger in which their temperature decreases from t'o to t "1 while the temperature of the juice to be heated is raised from t'ja to t'js.
The surface representing the heat exchange is a parallelogram a'b'c'd 'with the same area as the quadrilateral abod, but extending over temperatures higher than those of this quadrilateral abcd.
The claimed process thus makes it possible to recover calories whose potential is higher than that of the calories recovered by known self-evaporation processes.
The present invention thus makes it possible to eliminate the devaluation of a stage in all of the calories recovered. There is no gain in calories, but the recovered calories are at a higher temperature and therefore provide higher fuel savings.
In summary, the method and installation described make it possible to achieve the following technical advantages:
1) The calories recovered are at a higher temperature than in the case of known recovery methods and therefore provide increased fuel savings.
2) The exchangers make it possible to recover calories at
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temperatures varying ;, in the water circuit, continuously from a maximum to a minimum.
It is then possible to arrange the sections, on the juice side, of this exchanger, in a suitable position, relative to the circuit on the water side, so that the juices passing through this section come out exactly at the desired temperature.
CLAIMS.
The invention extends in particular to the characteristics described below and to their said possible combinations.
1 - Process for recovering the calories contained in the condensation water of an installation for concentrating liquids by multiple effect with heating by vapors taken, process characterized by the fact that the condensation water is used directly, at the same temperature where it is are collected to effect by exchange through a wall the necessary reheating, which makes it possible to collect and use calories at their highest possible potential.
2 - Recovery process in accordance with the previous one, characterized in that the condensate water from each stage is sent directly separately to the elements arranged in series, from an exchanger per surface, in which the other is passed the liquid to be heated, which makes it possible in particular to have a continuous temperature range for heating liquids to a precise temperature.
3 - The application of the following procedures 1 and 2 to the concentration of sweet juices.
4 - Installation for the implementation of the preceding processes or similar processes characterized in that it comprises an exchanger per surface (2) comprising, on the water side, a circuit connected at points staggered over its length to the various stages of producing apparatus of condensed water, the liquid side to be reheated such as juice being divided into sections not communicating with each other, which makes it possible in each of these sections to reheat the liquid at different temperatures.
5 - The water circuit of the exchanger, supplied at each stage with condensed water, is connected on the other hand to outgoing pipes supplying the various services using hot water, the surplus being discharged into the sewer.
6 - An embodiment of 4 characterized in that the recovery installation comprises two exchangers (7, 8), on the surface, the first -7- heated by the condensed water from the upper floors, feeding by its water circuit the hot water needs of the boiler room, the second exchanger (8) heated by condensed water from the lower floors, cooperating with the first for the heating of liquids such as juice.
7 - The liquid circuits to be heated such as juice, comprising a section (91) of an exchanger (8) one or more sections (101,102) of the other exchanger 7, these sections being joined together in parallel or in series , which makes it possible to use the zones at the same temperature of the two exchangers for reheating the same juice circuit.
8 - A particular embodiment of the following recovery installation 4, characterized in that the condensed water from the upper floor is not sent to the temperature exchanger, the recovery of their calories continuing to be carried out by auto -evaporation for the benefit of the heating provided by the lower floor.
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