"Perfectionnements relatifs à des échangeurs de chaleur en continu et à contre-courant sous agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en mouvement".
La présente invention concerne, d'une manière générale, des échangeurs de chaleur à agitation pour les sirops cristallisés et, en particulier, un nouvel échangeur de chaleur en continu et à contre-courant sous agitation pour la cristallisation de suspensions cristallisables en mouvement, cet échangeur de cha- leur étant constitué d'une cuve cylindrique verticale subdivisée, au moyen de tuyaux horizontaux intérieurs, en une section supérieure et plusieurs sections inférieures superposées. Ces sections inférieures superposées renferment des plateaux de limitation com- prenant des étages pour le passage alterné de la suspension de
la périphérie intérieure vers le centre de la cuve et inversement. De plus, l'échangeur de chaleur comprend plusieurs éléments d'échange de chaleur localisés chacun dans chaque sous-section et reliés à un arbre central vertical à partir duquel s'étendent des ailettes destinées à l'agitation du système. Cet arbre comporte,
à son extrémité supérieure, un logement renfermant des tuyères pour l'admission et l'évacuation d'un fluide d'échange de chaleur. Ce logement repose sur deux pistons hydrauliques, lesquels prennent eux-mêmes appui sur une plate-forme située sur la partie supérieure de la section de dépôt de la cuve. Au fond de la cuve, est prévue une sortie réglée par une vanne pour la matière traitée.
Les échangeurs de chaleur couramment utilisés pour les mêmes applications ont des formes différentes et sont équipés d'éléments d'échange de chaleur de types différents qui peuvent être statiques ou mobiles, par exemple, des serpentins de diverses configurations (jamais une configuration en spirale), des ailettes creuses, des disques et autres; en aucun cas, un échange thermique n'a lieu strictement en contre-courant et, par conséquent, le traitement n'est pas strictement continu, pas plus que la disposition des éléments d'échange tels que des serpentins,
des disques, etc., ne constitue le moyen le plus efficace pour
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à des défectuosités opératoires insurmontables dans les échangeurs ' de chaleur en continu couramment utilisés, a savoir un faible rendement d'échange de chaleur, un manque de continuité dans le traitement et une agitation médiocre. Compte tenu des problèmes précités, la présente invention a pour objet de fournir un échangeur de chaleur en continu et à contre-courant avec agitation
pour la cristallisation de suspensions cristallisables en mouvement, cet échangeur de chaleur comprenant une cuve cylindrique verticale subdivisée en deux sections, la section supérieure servant au dépôt ou à la préparation de la suspension à traiter,
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cette section inférieure renferme desplàteaux horizontaux équidis- tants définissant plusieurs sous-sections superposées. Ces plateaux intérieurs sont caractérisés en ce qu'ils comportent des ouvertu-
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tion interne entre la section supérieure et la section inférieure,
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tures des plateaux sont localisées alternativement au centre et à la périphérie; en d'autres termes, dans un plateau, l'écoulement a lieu au centre, dans le plateau immédiatement supérieur, il a lieu à la périphérie, dans le plateau supérieur suivant, à nouveau au centre et ainsi de suite. La localisationdes plateaux et des écou- lements de la suspension dans chacun d'eux permet d'assurer un écoulement descendant de la suspension en la forçant de traverser horizontalement l'intérieur de chaque sous-section. Le sens de l'écoulement va alternativement de la périphérie vers le centre
dans certaines sous-sections et du centre vers la périphérie, dans d'autres. Au centre et au fond de la sous-section inférieure, est disposée une vanne qui, lorsqu'elle est ouverte, permet d'établir
un écoulement descendant de la suspension successivement à travers toutes les sous-sections. L'invention concerne également un jeu
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de dépôt, ainsi qu'un élément d'échange de chaleur localisé entre chaque paire de plateaux (dans chaque sous-section); ces ailettes sont réalisées en une matière structurale conçue pour répondre
aux conditions d'agitation requises dans chaque cas, chacun de
ces éléments d'échange de chaleur étant constitué d'une conduite continue disposée en spirale dans un plan horizontal. Le jeu d'ailettes comprend également un arbre vertical auquel sont reliés à la fois les éléments d'échange de chaleur et les ailettes d'agitation et comportant, à son extrémité supérieure, un logement reposant sur deux pistons hydrauliques prenant eux-mêmes appui
sur une plate-forme disposée diamétralement sur la partie supérieure de la section supérieure ou de dépôt. Les mouvements ascendants et descendants de ces pistons hydrauliques sont transmis simultanément au jeu d'ailettes d'agitation et aux éléments d'échange de chaleur via l'arbre vertical auquel ces ailettes'et ces éléments sont reliés ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus.
Le logement prévu à l'extrémité supérieure de cet arbre vertical renferme des tuyères d'admission et d'évacuation pour le fluide assurant l'échange de chaleur avec la suspension, ces tuyères se déplaçant avec le logement dont elles font partie, tandis qu'elles sont reliées à des tuyères fixes au moyen de tuyaux flexibles; l'arbre vertical renferme des conduites et des labyrinthes assurant l'Écoulement du fluide d'échange de chaleur directement vers l'échangeur de chaleur situé dans la sous-section inférieure, tout en servant également à acheminer ce fluide, après son passage dans la conduite continue de cet échangeur de chaleur, successivement dans les échangeurs de chaleur supérieurs jusque, sa sortie par
la tuyère d'évacuation située dans le logement de l'arbre vertical. Les labyrinthes que renferme l'arbre central, sont disposés de telle sorte que, dans les sous-sections dans lesquelles la suspen- sion s'écoule horizontalement de la périphérie vers le centre des échangeurs de chaleur prévus dans ces sous-sections, le fluide d'échange de chaleur pénètre dans leur spirale intérieure et est évacué par leur spirale extérieure tandis que, dans les autres sous-sections dans lesquelles la suspension s'écoule du centre
vers la périphérie, les échangeurs de chaleur correspondants reçoivent le fluide d'échange de chaleur dans la spirale extérieure et l'évacuent par la spirale intérieure.
L'invention est spécifiquement caractérisée en ce que
le traitement de la suspension cristallisable a lieu en continu,
à contre-courant et avec agitation, l'expression "échange de chaleur en continu" signifiant que la suspension s'écoule sans interruption de la section de dépôt vers la vanne de réglage de débit localisée au centre et au fond de la sous-section inférieure, tandis que le fluide d'échange de chaleur pénètre et sort continuellement par les tuyères disposées à cet effet dans le logement; l'expression "échange de chaleur à contre-courant" signifie que, alors que la suspension descend d'une sous-section dans une autre, le fluide d'échange de chaleur monte d'un échangeur de chaleur
vers un autre échangeur de chaleur localisé dans ces sous-sections et, selon une caractéristique plus importante encore, dans les sous-sections dans lesquelles la suspension s'écoule de la périphérie vers le centre, le fluide d'échange de chaleur s'écoule
dans la direction opposée en pénétrant dans la spirale intérieure de la conduite continue avec un mouvement en spirale pour être évacué par la spirale extérieure de la même conduite cependant
que, pour la même raison, dans les autres sous-sections, la suspension et le fluide d'échange de chaleur s'écoulent dans des directions opposées; l'expression "agitation" signifie que tant le jeu d'ailettes d'agitation que chacun des échangeurs de chaleur sont soumis à un mouvement ascendant et descendant continu dans chacune des sous-sections tandis que la suspension s'écoule horizontalement et en continu dans chacune de ces dernières.
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En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir un échangeur de chaleur en continu et à contre-courant sous agitation pour la cristallisation de suspensions cristalli-
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le faible rendement d'échange de chaleur, le manque de continuité
de traitement et l'agitation médiocre des appareils conçus dans
le même but et couramment utilisés jusqu'à présent. Suivant la présente invention, on réalise pleinement cet objet de la manière suivante: Le rendement de l'échange de chaleur entre la suspension et le fluide d'échange de chaleur est sensiblement amélioré en effectuant cet échange à contre-courant ce qui, suivant la pré- sente invention, est réalisé au moyen d'un écoulement descendant de la suspension, compte tenu que l'appareil s'étend horizontale- ment dans chaque sous-section, tandis que le fluide d'échange de chaleur monte de l'échangeur de chaleur inférieur vers l'échan- geur de chaleur supérieur, ce fluide s'écoulant horizontalement dans chaque sous-section dans une direction opposée à celle de l'écoulement horizontal de la suspension.
Afin de mieux comprendre la continuité du traitement,
on indiquera qu'il consiste en une réduction ou une élévation continue et progressive de la température, suivant le cas,
sans aucune période au cours de laquelle la température reste statique et sans changement brusque de cette dernière; la perfection de la continuité du procédé résulte de la perfection avec laquelle se déroule l'échange de chaleur à contre-courant qui dépend lui-même de la disposition et de la répartition des surfaces d'échange actives, toutes ces conditions étant obtenues suivant l'invention ainsi qu'on l'a déjà décrit pour l'opération à contrecourant grâce à la répartition des surfaces d'échange actives constituées de conduites continues disposées en spirale sur un plan horizontal.
En ce qui concerne l'agitation, un échangeur de chaleur disposé en spirale sur un plan horizontal et auquel est im- primé un mouvement vertical ascendant et descendant, soumet la
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disque ou une pale rotative.
Dans les dessins annexés: la figure 1 est une coupe transversale de la section médiane de l'appareil comprenant tous les éléments suivant la présente invention convenablement identifiés; la figure 2 est une coupe transversale horizontale prise suivant la ligne A-A de la figure 1; et la figure 3 est une coupe transversale horizontale prise suivant la ligne B-B de la figure 1.
On se référera tout d'abord à la figure 1 qui représente le corps cylindrique vertical 11 subdivisé en une section supérieure de dépôt 12 et une section inférieure de traitement 13 qui est subdivisée à son tour en sous-sections 16, 17 et 18 définies par des tamis intérieurs 14 et 15, cette vue montrant que
les plateauxl4 renferment les étages de traitement 19 de la. suspension à la périphérie, tandis que le plateau. 15 renferme l'étage 20 au centre, tout comme le fond de l'appareil où est localisée la vanne de réglage de débit 21; la figure 1 montre également le
jeu d'ailettes d'agitation 22 localisées sur la section supérieure ou de dépôt 12, ainsi que les éléments d'échange de chaleur 23 disposés dans les sous-sections 16, 17 et 18, un arbre vertical 24 comportant, à son extrémité supérieure, un logement 25 reposant
sur des pistons hydrauliques 26 prenant eux-mêmes appui sur une plate-forme 27; on remarquera que ce logement renferme la tuyère d'admission de fluide d'échange de chaleur 28, ainsi que la tuyère d'évacuation 29 pour ce dernier, ces deux tuyères étant reliées
à des tuyères fixes 31 au moyen de tuyaux flexibles. L'arbre vertical 24 renferme des labyrinthes et des conduites 32 et 33, la conduite 33 acheminant le fluide d'échange de chaleur de la tuyère d'admission 28 directement dans l'élément d'échange de chaleur inférieur 23 pour l'introduire dans la spirale intérieure
de ce dernier, le fluide d'échange de chaleur étant évacué par
la spirale extérieure pour monter vers l'élément d'échange de chaleur situé immédiatement au-dessus du premier en passant par
les labyrinthes 32 et émerger finalement dans la tuyère d'évacua- tion 29, tandis que les deux pistons hydrauliques 26 transmettent simultanément leurs mouvements ascendants et descendants au jeu d'ailettes 22 et aux éléments d'échange de chaleur 23 via le logement 25 et l'arbre vertical 24.
La figure 2 illustre le corps 13 commun à toutes les sous-sections, le plateau 15 avec son passage central 20 pour l'écoulement de la suspension, l'élément d'échange de chaleur 23 sous forme d'une conduite continue disposée en spirale dans un plan horizontal, ainsi que l'arbre vertical 24 renfer-
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que la conduite continue est alimentée par sa spirale intérieure et vidée par sa spirale extérieure.
La figure 3 montre le plateau 14 avec le passage périphérique 19 pour l'écoulement de la suspension, ainsi que la conduite continue 23 qui est alimentée par la spirale extérieure et vidée par la spirale intérieure. On donnera ci-après une description détaillée du procédé effectué strictement à contre-courant. La suspension s'écoule de la section de dépôt 12 dans le passage périphérique duplateau 14 pour pénétrer dans la sous-section 18
où elle est ensuite forcée de s'écouler horizontalement de la pé- riphérie vers le centre jusqu'à ce qu'elle atteigne le passage d'écoulement 20 situé au centre du plateau 15; de là, la suspension est à nouveau contrainte de s'écouler horizontalement dans la soussection 17, à présent du centre vers la périphérie jusqu'à ce qu'elle atteigne le passage périphérique 19 du plateau suivant 14,
i après quoi elle est à nouveau forcée de s'écouler horizontalement dans la sous-section 16, de la périphérie vers le centre jusqu'à ce qu'elle atteigne la vanne de décharge 21 située au centre et au fond. Tandis que la suspension descend de la manière décrite ci- dessus, le fluide d'échange de chaleur monte à travers chacun des éléments d'échange de chaleur 23 et, alors que la suspension s'écoule horizontalement dans chacune des sous-sections en allant de la périphérie vers le centre dans certaines de ces dernières et du centre vers la périphérie, dans d'autres, le fluide d'échange de chaleur s'écoule de la spirale intérieure vers la spirale extérieure et inversement, si bien que l'échange de chaleur a lieu strictement à contre-courant en soumettant ainsi la suspension à un traitement strictement en continu.
On a décrit ci-dessus une forme de réalisation préférée de la présente invention; toutefois, l'homme de métier comprendra que des modifications peuvent être apportées tant dans la forme que dans les détails de cette dernière sans se départir de son esprit et de son cadre.
REVENDICATIONS
1. Echangeurs de chaleur perfectionnés en continu et
à contre-courant sous agitation pour la cristallisation de sus-
pensions cristallisables en mouvement, caractérisés en ce qu'ils comprennent une cuve cylindrique verticale subdivisée, au moyen
de tuyaux intérieurs horizontaux équidistants, en une section
supérieure ou de dépôt renfermant un jeu d'ailettes et en plusieurs sous-sections superposées renfermant des plateaux de limitation comportant des passages pour l'écoulement de la suspension qui sont
situés alternativement à la périphérie et au centre, plusieurs
éléments d'échange de chaleur localisés chacun dans chacune des sous-sections, ainsi qu'un arbre vertical renfermant des conduites et des labyrinthes auxquels sont reliés les éléments d'échange
de chaleur et le jeu d'ailettes, cet arbre comportant, à son extrémité supérieure, un logement renfermant des tuyères pour l'admission et l'évacuation du fluide assurant l'échange de chaleur
avec la suspension, ce logement reposant sur deux pistons hydrauliques qui prennent eux-mêmes appui sur une plate-forme prévue
sur la partie supérieure de la section de dépôt, une vanne de dé-
charge pour la suspension traitée étant montée au fond et au centre de la sous-section inférieure, tandis que des tuyaux flexibles partant de tuyères fixes assurent la distribution et l'évacuation
du fluide respectivement dans et hors des tuyères que renferme
le logement.
2. Echangeurs de chaleur perfectionnés en continu et à contre-courant sous agitation pour la cristallisation de suspen-