"Amélioration d'un procédé et d'une installation pour
la distillation de l'eau par compression de vapeur"
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L'amélioration apportée par l'invention présente plusieurs avantages par rapport au procédé connu : en particulier une moindre consommation d'énergie et un moindre risque d'entartrage de la paroi d'échange de chaleur.
Pour augmenter le coefficient de transfert thermique entre l'eau mère et la vapeur dans le compartiment d'évaporation et pour permettre un meilleur mouillage de la paroi d'échange
de chaleur, l'eau mère circulant dans le compartiment d'évaporation réalise de nombreux ponts liquides s'étendant entre deux endroits de la paroi d'échange et étant entourés, entre ces
dits endroits, par la vapeur émise par l'eau mère.
Pour éviter la formation de mousse et limiter l'entraînement de gouttelettes d'eau mère par la vapeur, on évite l'ébullition de l'eau mère en réalisant au moins une partie de la paroi d'échange en un matériau mouillable et peu conducteur
de la chaleur, en particulier le verre.
Avantageusement, on introduit d'abord et simultanément dans plusieurs des dits étages la dite masse de vapeur comprimée, la dite masse y étant partiellement condensée, la vapeur non condensée lors de la traversée des étages ci-avant étant ensuite introduite dans un seul autre étage.
Pour adsorber les impuretés susceptibles d'entartrer le verre, et pour diminuer la vitesse d'usure de celui-ci, on fait circuler l'eau brute, la solution aqueuse et/ou l'eau mère sur au moins un filtre en laine de verre.
D'autre part, l'installation connue comprend un échangeur de préchauffage de l'eau à distiller, un échangeur principal constitué par au moins un faisceau de tubes, des mcyens pour faire circuler l'eau mère chaude d'un côté de la paroi des dits tubes, des moyens pour recueillir la vapeur émise par l'eau mère, des moyens pour comprimer une masse de vapeur - d'ordinaire constituée de la vapeur émise par la dite eau mère - de l'autre côté de la dite paroi où au moins une partie de la dite masse
de vapeur est condensée, la chaleur latente de condensation étant transmise à travers la dite paroi à l'eau mère s'évaporant, des moyens pour recueillir l'eau distillée condensée d'un côté de la dite paroi des dits tubes et l'eau mère concentrée de l'autre côté de la dite paroi.
L'amélioration de l'installation apportée par la présente invention consiste notamment en ce que dans une partie au moins de l'échangeur principal on utilise des tubes en verre.
Grâce à cette amélioration au moins une grande partie de la vapeur est dégagée par évaporation, ce qui permet la réalisation de faisceaux tubulaires plus compacts et moins sensibles à l'entartrage.
Pour augmenter la compacité du faisceau tubulaire
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transport ou de l'utilisation de l'installation, une distance est maintenue antre l'extrémité du tube et la surface de
la plaque tubulaire au moyen d'un joint élastique raccordant une extrémité de tube à une perforation de la plaque.
Pour conserver une rigidité suffisante aux plaques tubulaires, le diamètre des perforations est inférieur au diamètre extérieur des tubes d'échange de chaleur raccordés aux dites perforations.
Pour permettre le bon mouillage des tubes grâce
à de nombreux ponts liquides, l'intervalle entre deux tubes
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Pour permettre un transfert thermique suffisant tout en conservant une solidité permettant une manipulation facile, l'épaisseur de la -paroi des tubes est comprise entre
0.4 et 0.5 millimètre.
Avantageusement, plusieurs tubes sont raccordés en série au moyen de raccords élastiques.
Avantageusement, ces raccords élastiques servent également d'entretoises permettant la superposition des tubes.
D'autres détails et particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés
au présent mémoire qui représentent schématiquement et à
titre d'exemple seulement deux formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 est une coupe longitudinale suivant un plan vertical médian d'une première forme de réalisation
de l'échangeur principal - ou : évaporateur - selon l'invention. Cette figure montre également le trajet de l'eau brute (ou de
la solution) et celui de la vapeur.
La figure 2 illustre le raccordement d'un tube en verre à une perforation dans une plaque tubulaire, ainsi que le raccordement de deux tubes entre eux. La figure 3 est une coupe transversale suivant le plan A-B indiqué sur la figure 1. La figure 4 illustre la disposition des tubes, en quinconce à 60[deg.], et les ponts liquides entre ces tubes. La figure 5 est une coupe horizontale d'une deuxième forme de réalisation d'un évaporateur'selon l'invention.
Dans l'une et l'autre forme de réalisation, l'eau brute à distiller (ou la solution aqueuse à concentrer) est amenée à l'entrée 1 d'un échangeur de préchauffage 2. L'eau brute y est préchauffée jusqu'à environ 90[deg.]C; elle est ensuite canalisée par une conduite 3 vers une cuve cylindrique 4
dans laquelle l'eau brute est répartie par un bac distributeur 5. Dans la cuve 4, l'eau brute reçoit un supplément de chaleur
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Pour permettre l'élimination des impuretés - en particulier des matières argileuses - susceptibles d'être adsorbées sur le verre constituant la paroi d'échange de l'évaporateur, l'eau brute traverse au moins un filtre en laine ou fibre de verre. Un tel filtre peut être placé avant l'entrée de l'eau brute dans l'échangeur 2. Dans l'exemple représenté un filtre
6, en laine de verre, est placé à la partie inférieure de la
cuve 4. En raison de la température élevée de l'eau brute
dans cette cuve 4, la perte de charge occasionnée par le
filtre 6 est relativement faible.
Par gravité, l'eau brute s'écoule depuis la cuve 4 jusqu'à l'entrée 7 de l'évaporateur 8.
Selon une première forme de réalisation de l'évaporateur, celui-ci est constitué d'une virole cylindrique 9 à l'intérieur
de laquelle est logé le faisceau tubulaire 10. La section transversale de l'espace occupé par ce faisceau 10 est approximativement carrée.
Ce faisceau 10 est composé de tubes 11 en verre neutre ayant une longueur de 1500 mm, un diamètre extérieur de 10.75 mm et une épaisseur de paroi de 0.45 mm. Ils sont situés à 14 mm d'axe en axe, laissant ainsi un espace de 3.25 mm entre tubes adjacents. Ils sont disposés en quinconce à 60[deg.] comme illustré
par la figure 4.
Trois tubes 11 raccordés bout-à-bout s'étendent depuis une plaque tubulaire 12 jusqu'à une plaque tubulaire 13.
Le raccordement de l'extrémité d'un tube 11 à une perforation 14 d'une plaque tubulaire est effectué au moyen
d'un raccord 15 en caoutchouc synthétique dont la section transversale non représentée est circulaire à tous les niveaux.
Le raccord 15 présente un bout conique 16 permettant l'introduction facile - mais avec un léger serrage - de la
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perforation 14 (diamètre 9.5 mm). Un épaulement 18 maintient lors du montage une distance, entre extrémité du tube 11 et plaque tubulaire, suffisante pour qu'une légère déformation
des plaques tubulaires n'occasionne pas de bris de tubes 11.
Un tube 11 présente à chaque extrémité un rétrécissement 19
dû au rebrûlage du tube. Ceci facilite l'introduction d'une extrémité du tube 11 placée à serrage dans la partie 20 du raccord 15. Un évasement 21 facilite cette mise en place.
Le raccordement de deux tubes 11 entre eux est réalisé au moyen de pièces cylindriques 22 en caoutchouc synthétiques. Pour la facilité du montage, ces pièces 22 présentent une section de passage rétrécie 23 au milieu, ainsi que deux évasements 24. Ces pièces 22 permettent aussi par
leur superposition l'entretoisement des tubes en verre réalisant ainsi un empilement avec la disposition en quinconce
à 60[deg.] illustrée par la figure 4.
Des morceaux de tuyau peuvent éventuellement être utilisés au lieu de pièces moulées pour réaliser les raccords 15 et 22.
Le faisceau 10 ainsi que les plaques tubulaires 12 et 13 sont assemblés en un tiroir amovible pouvant - par glissement sur des rails non représentés - être extrait de la virole 9 après enlèvement des calottes 25 et des couvre-joints 26.
Le faisceau 10 comporte trois sections (27, 28, 29) correspondant à trois étages de concentration parcourus successivement par l'eau mère chaude à des concentrations croissantes
en substances dissoutes.
Les tubes de la deuxième section 28 sont placés au moment du montage à un niveau légèrement supérieur (1.5 centimètre) à celui des extrémités des tubes des sections 27 et 29, raccordées aux plaques tubulaires. Ce détail est fortement accentué sur la figure 1. Cependant, dans un appareil en service une inclinaison non représentée sur la figure 1, d'environ 1.5 centimètre par mètre, est imposée à la virole 9 en élevant la partie droite (sur la figure 1). Il en résulte pour les tubes 11 de la section 27 une inversion de la pente qui devient ainsi
de 0.5 cm/m vers la gauche. La pente des tubes de la section 28 est alors de 1.5 cm/m dans le même sens, et la pente des tubes
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L'eau brute admise à l'entrée 7 de l'évaporateur 8
se mélange à l'eau mère du premier étage de concentration. La
dite eau mère est recueillie au bas de la virole 9 dans un
puisard 30 d'où une pompe 31 l'élève, par le tube 32, jusqu'à la partie supérieure de la virole 9. Une plaque distributrice 33
répartit l'eau mère à l'extérieur des tubes 11 de la section 27
du faiscea�. tubulaire 10.
En s'écoulant entre les tubes 11, l'eau mère dont la température est voisine de 100[deg.]C réalise de nombreux ponts liquides 34 entre les tubes 11. Ces ponts sont entourés par la vapeur
émise par l'eau mère réalisant ainsi deux réseaux enchevêtrés et
très mouvants, l'un constitué par l'eau mère l'autre par la vapeur. Ceci permet à la fois un bon mouillage de la surface extérieure
des tubes et un dégagement facile de la vapeur d'eau émise en
grande partie par évaporation sans ébullition.
Le débit de la pompe 31 est beaucoup supérieur à la
quantité d'eau mère évaporée au cours d'une seule descente
à travers la section 27 (p. ex. dans le rapport 50/1). La
plus grande partie de l'eau mère est recueillie à la partie
inférieure de la virole 9 où elle traverse un filtre 35 en laine de verre avant d'être à nouveau élevée par la pompe 31
En raison de l'arrivée à l'entrée 7 d'une quantité
d'eau brute supérieure à la quantité d'eau mère évaporée dans
la section 27, une partie de l'eau mère quitte le premier étage '
de concentration et passe dans le deuxième par une échancrure 36
située dans la cloison 37 séparant à la partie inférieure de la virole 9 l'eau mère moins concentrée (premier étage) de l'eau mère plus concentrée (deuxième étage). Une autre cloison 38
a une fonction semblable à la partie supérieure de la virole 9.
Dans le deuxième étage de concentration, l'eau mère est à nouveau partiellement évaporée en étant distribuée
au dessus des tubes constituant la section 28 du faisceau 10.
Il est de même dans le troisième étage de concentration, où une nouvelle évaporation partielle de l'eau mère à l'extérieur des tubes de la section 29 augmente encore la concentration de l'eau mère en substances dissoutes.
La vapeur émise par les eaux mères dans les sections
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de la pression atmosphérique par le ventilateur centrifuge 41, entraîné par un moteur diesel non représenté. La vapeur est ainsi comprimée jusqu'à atteindre une pression supérieure de 100 à 250
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Par une ouverture 42, la vapeur comprimée est introduite dans le caisson 43. Dans la partie inférieure de ce caisson a lieu une circulation d'eau distillée, transformée partiellement en vapeur dans l'échangeur 44 récupérant des calories contenues
dans les gaz d'échappement du moteur diesel.
Dans le caisson 43 débouchent des raccords 15 par lesquels la vapeur comprimée et dessurchauffée est introduite à l'intérieur des tubes 11. En raison de la compression, la vapeur est saturée
à une température supérieure de quelques degrés à la température de l'eau mère s'écoulant entre les tubes 11. De ce fait, il y a condensation de vapeur d'eau à l'intérieur des tubes 11, la chaleur de condensation étant transmise à travers la paroi des tubes à l'eau mère s'évaporant. Le faible coefficient de transfert thermique du verre présente comme avantage de limiter l'ébullition, la plus grande partie de la vapeur étant dégagée par évaporation.
La vapeur traverse successivement, à vitesse décroissante, les sections 27, 28 et 29 entraînant l'eau condensée. La diminution de vitesse de la vapeur est compensée par l'accroissement de la pente des tubes 11 depuis la section 27 jusqu'à la section 29. Cette pente facilite l'écoulement de l'eau distillée dans le caisson 45
à la partie inférieure duquel l'eau distillée est recueillie et amenée par la conduite 46 dans l'échangeur 2 où elle est refroidie en cédant des calories à l'eau brute d'alimentation. Une petite partie de l'eau distillée est canalisée par une conduite 47 dans l'échangeur 44 en vue de la formation de l'appoint de vapeur.
Une petite partie de la vapeur comprimée (p. ex. 2%) entraînant des gaz incondensables quitte le caisson 45 par une ouverture 48 et par une conduite 49 est amenée dans un espace annulaire délimité à la partie supérieure de la cuve 4 par une virole 50 à la partie inférieure de laquelle cette vapeur est injectée dans l'eau brute préchauffée. Elle s'y condense en grande partie - élevant ainsi la température de l'eau brute - et cause
un bouillonnement de l'eau brute favorable au dégazage partiel de celle-ci.
Une purge de vapeur 51 existe également dans le corps
de l'évaporateur. La dite purge est raccordée au tube 52 traversant le bac distributeur 5. Fous une très faible pression, la vapeur débouche de l'extrémité du tube 52 au voisinage de l'eau brute, étant étalée sur la surface agitée et au contact des filets liquides s'écoulant du bac distributeur 5. Ceci favorise la récupération des calories contenues dans la vapeur.
La partie non condensée de la vapeur des purges ainsi
que des gaz incondensables sont émis dans l'atmosphère par la cheminée 53.
L'eau mère non évaporée dans l'évaporateur 8 - soit environ 50 % de la quantité d'eau brute admise à l'entrée 1
en cas de distillation d'eau de mer - est purgée de manière
i continue et - par la conduite 54 - est canalisée vers l'échangeur 2 dans lequel elle est refroidie en cédant des calories à l'eau brute.
La deuxième forme de réalisation de l'évaporateur 8 est prismatique - comme c'est aussi le cas de l'installation décrite
dans le brevet n[deg.] 811.384. La figure 5 est une coupe horizontale
de cette deuxième forme de réalisation. L'évaporateur 8 est
composé de six étages de concentration de l'eau mère correspondant
aux faisceaux tubulaires 55, 56, 57, 58, 59 et 60; chacun de ces faisceaux est assemblé dans un ou plusieurs tiroirs superposés
qui peuvent être extraits de l'évaporateur après enlèvement des couvercles latéraux 61 et 62.
Chaque tiroir comporte des tubes en verre neutre 63 s'étendant entre deux plaques tubulaires 64 réalisées par une superposition ou une juxtaposition de bandes moulées 65. Ces
bandes 65 présentent des empreintes hémicylindriques 66 dans lesquelles viennent se loger les extrémités des tubes 63. La
longueur de ces bandes 65 est environ 500 mm, leur largeur de 20
à 30 mm, leur épaisseur dépend du.;diamètre extérieur des tubes 63
et de leur espacement. Les bandes 65 sont réalisées en matière synthétique moulée; le diamètre des empreintes 66 est supérieur d'environ un quart de mm au diamètre extérieur des tubes 63. L'espace intermédiaire est occupé par un ruban de colle déposée au moment
du montage et assurant l'étanchéité de la plaque tubulaire 64.
Sur le dessin - fig. 5 - une bande sur deux a été pointillée pour mieux illustrer la disposition réciproque de bandes 65 permettant
un empilement en quinconce à 60[deg.] des tubes 63. L'ensemble des
bandes 65 constituant une plaque tubulaire 64 est encastré dans
un cadre métallique démontable, non représenté, d'environ 500 x 500 mm. Ce mode d'assemblage des tubes 63 permet leur remplacement en cas
de bris ou d'entartrage.
A concentration croissante en substances dissoutes, l'eau mère chaude est distribuée successivement au dessus des faisceaux tubulaires 55 à 60 et s'écoule entre les tubes 63 en étant nartiel.
lement évaporée. En dessous de chacun des faisceaux est situé
un puisard 67 dans lequel une pompe aspire l'eau mère et la refoule
par une canalisation 68 dans un bac distributeur situé au dessus
du même faisceau. Pour mieux répartir entre les faisceaux les
risques d'entartrage qui augmentent avec la concentration dans
l'eau mère, on peut inverser et alterner l'ordre dans lequel
les faisceaux sont parcourus successivement par l'eau mère.
La vapeur émise par l'eau mère s'écoulant entre les tubes 63 est aspirée à une pression voisine de la pression atmosphérique
dans la partie supérieure de l'installation communiquant avec
les couloirs 69 situés entre les faisceaux. Par une gaine non représentée, la vapeur est conduite à l'entrée de la turbo-soufflante
70 et comprimée par _célle-ci jusqu'à une pression comprise entre
100 et 250 g/cm<2> au dessus de la pression atmosphérique .
La vapeur comprimée est introduite d'un côté à l'intérieur des tubes 63 des faisceaux 55 et 56, et de l'autre côté à l'intérieur des tubes des faisceaux 59 et 60. La vapeur non condensée dans ces faisceaux est introduite - après avoir traversé les caissons 71 ou 72d'une part à l'intérieur du, faisceau:; 57 , d'autre part à l'intérieur du faisceau 58. L'eau distillée, condensée à l'intérieur des tubes
63 est récoltée à la partie inférieure des caissons 71, 72 et 73.
Un éjecteur 74 alimenté sous pression par la vapeur
d'appoint permet le recyclage à travers la cloison 75 d'une partie
de la vapeur non condensée après traversée des faisceaux. Ce recyclage permet de chasser les ménisques d'eau distillée formant des bouchons dans les tubes 63 lorsque leur diamètre intérieur est inférieur à 6 mm.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes de réalisation représentées et que bien des modifi- cations peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans leur réalisa- tion, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de distillation d'eau brute, en particulier d'eau de mer, ou de solutions aqueuses, selon lequel après avoir préchauffé l'eau à distiller on fait circuler l'eau mère dans
un compartiment d'évaporation situé d'un côté d'une paroi d' échange de chaleur, tandis qu'on recueille la vapeur émise par l'eau mère et qu'on comprime une masse de vapeur - d'ordinaire constituée de la vapeur émise par la dite eau mère - dans un compartiment de condensation, situé de l'autre côté de la dite paroi, dans lequel une partie au moins de la dite masse de vapeur est condensée, la chaleur latente de condensation étant transmise à travers la dite paroi à l'eau mère s'évaporant dans le dit compartiment d'évaporation, caractérisé en ce que l'eau mère
est évaporée sous une même pression de vapeur dans plusieurs étages parcourus successivement par l'eau mère à des concentrations croissantes en substances dissoutes.