Installation de traitement d'un liquide
La présente invention a pour objet une installation de traitement d'un liquide comprenant une enceinte étanche, notamment une installation de distillation d'eau, d'eau de mer pour la production d'eau potable.
Ces installations de traitement de liquide comportent généralement une première pompe envoyant le liquide devant être traité, par exemple distillé, dans une enceinte étanche pouvant comporter une source de chaleur dans laquelle ce liquide est vaporisé et une seconde pompe évacuant le liquide traité, par exemple distillé et recondensé, obtenu à la sortie de l'enceinte.
La présente invention a pour but d'augmenter le rendement de telles installations de traitement d'un liquide. Cette installation comprend une enceinte étanche et un dispositif d'alimentation de cette enceinte en liquide à traiter et d'évacuation du liquide traité hors de cette enceinte qui se distingue par le fait que ce dispositif d'alimentation et d'évacuation de liquide comprend un mécanisme de pompage à double effet comportant au moins une chambre d'alimentation et au moins une chambre d'évacuation dont les volumes varient simultanément en sens opposés et par le fait qu'en tout temps la différence des pressions régnant dans ces deux chambres est au plus égale à la différence des pressions régnant à l'intérieur et à l'extérieur de l'enceinte de l'installation.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple différentes formes d'exécution d'une installation de distillation d'un liquide dans une enceinte étanche.
La fig. 1 illustre schématiquement une première forme d'exécution d'une installation de distillation d'un liquide.
La fig. 2 illustre schématiquement un dispositif d'extraction de l'air et des gaz incondensables d'une enceinte maintenue sous vide.
La fig. 3 est un schéma partiel d'une seconde forme d'exécution d'une installation de distillation d'un liquide incorporant le dispositif d'extraction de la fig. 2.
L'installation de distillation illustrée à la fig. 1 se compose d'une première pompe aspirante-refoulante 1, reliée d'une part par l'intermédiaire d'un clapet de nonretour 2 à une source de liquide à distiller, par exemple une saumure ou de l'eau de mer, et d'autre part à une source de chaleur 3 par l'intermédiaire d'un autre clapet de non-retour 4.
Dans cette source de chaleur la saumure est évaporée et donc épurée, la vapeur d'eau pure étant envoyée dans le circuit primaire d'un échangeur de chaleur 5 dont le circuit secondaire est alimenté en fluide de refroidissement dans le sens indiqué par les flèches a au dessin, c'est-à-dire à contre-courant.
La sortie de cet échangeur de chaleur 5 est reliée à l'aspiration d'une seconde pompe aspirante-refoulante 6 par l'intermédiaire d'un clapet de non-retour 15. Enfin le côté refoulement de cette seconde pompe est relié par l'intermédiaire d'un clapet de non-retour 16 à un circuit d'utilisation ou de stockage.
Il faut remarquer que chacune des pompes 1 et 6 est constituée par un cylindre dans lequel se déplace un piston 7, 8 respectivement. Les tiges 9, 10 de ces pistons sont fixées- mécaniquement, par un boulon par exemple sur un levier 11 pivoté en 12 sur le côté de l'installation.
Ces tiges 9, 10 peuvent être fixées au même endroit sur le levier 11 comme illustré, de sorte que les déplacements linéaires des pistons 7, 8 sont égaux, ou en des points différents du levier de sorte que les courses des pistons 7, 8 ne soient pas de même longueur, Ceci permet, le diamètre des cylindres des pompes 1, 6 et donc des pistons 7, 8 étant égaux, de modifier le volume déplacé par la pompe 1 par rapport à celui déplacé par la pompe 6 lors d'un déplacement aller et retour du levier il et donc des pistons-7, 8. Ceci permet par exemple de tenir compte de la différence de volume entre le liquide à distiller et le volume d'eau contenu dans ce liquide.
L'installation pourrait bien entendu présenter des pompes d'un autre type pour autant qu'elles soient à va-et-vient et que leurs organes moteurs, en l'occurrence les pistons 7, 8 soient reliés l'un à l'autre mécaniquement. Ces pistons peuvent être par exemple remplacés par des diaphragmes ou autre organe analogue.
L'installation peut fonctionner soit à la pression atmosphérique, soit sous vide, dans ce dernier cas on peut prévoir une pompe à vide 13 permettant de faire le vide initial dans l'installation, cette pompe à vide pouvant aussi être mise hors circuit à l'aide d'une vanne 14.
Le principal avantage de cette installation réside dans le fait que les organes moteurs, ou pistons 7, 8 sont soumis à des pressions différentielles identiques de sorte que l'entraînement conjoint de ces pistons dans leur déplacement de va-et-vient s'effectue avec une force minime, correspondant approximativement aux frottements mécaniques et aux pertes de charges de l'installation.
Il suffit donc de disposer d'un dispositif d'actionnement, entraînant le levier 11 dans un déplacement de va-et-vient autour de son point de pivotement 12, de très faible puissance pour faire fonctionner l'installation.
Il faut noter que cette puissance est beaucoup plus faible que les puissances additionnées nécessaires à l'entraîne- ment des deux pompes distinctes existantes dans les installations connues.
Il est évident que la liaison mécanique reliant les deux pistons 7 et 8, d'une façon générale les organes moteurs des deux pompes, peut être différente, par exemple comprendre un autre dispositif de réglage de la longueur relative des courses du piston, tel qu'un dispositif présentant une course morte par exemple.
En outre, comme les pertes de charges dans l'installation seront généralement plus élevées que celles du circuit de stockage ou d'utilisation, il est possible de rendre la surface active des pistons 7, 8 légèrement différente rune de l'autre pour placer le point de fonctionnement de l'installation de telle façon que la puissance de pompage soit minimum.
On notera que dans l'installation de distillation d'eau de mer décrite le dispositif d'alimentation en eau de mer de l'enceinte étanche et d'évacuation d'eau distillée hors de cette enceinte constitué par les deux pompes 1 et 6 et leur dispositif d'entraînement comporte une chambre d'alimentation, la chambre pleine de liquide de la pompe 1, et une chambre d'évacuation, la chambre pleine de liquide de la pompe 6. Ces chambres d'alimentation et d'évacuation sont simultanément reliées alternativement à l'enceinte étanche et à l'atmosphère ambiante extérieure à cette enceinte.
Ainsi la différence des pressions régnant dans ces deux chambres est toujours pratiquement nulle, aux pertes de charges près, et est au plus égale, dans le cas où l'enceinte étanche est à la même pression que l'atmosphère l'entourant, à la différence des pressions régnant à l'intérieur et à l'extérieur de cette enceinte étanche. Dans tous les cas où la différence des pressions régnant entre l'extérieur et l'intérieur de cette enceinte étanche n'est pas nulle (soit que l'enceinte sera mise sous pression ou sous vide partiel) la différence des pressions entre ces deux chambres du dispositif d'alimentation et d'évacuation de liquide est inférieure à cette différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte étanche, prise en valeur absolue bien entendu.
La fig. 2 illustre schématiquement un dispositif d'extraction de l'air et des gaz incondensables d'une enceinte étanche maintenue sous vide. Ce dispositif est en fait constitué par une pompe à piston liquide d'une construction simple et robuste.
Ce dispositif d'extraction comporte une capacité ou récipient C, de forme quelconque munie de 4 ajutages pourvus de clapets: l'ajutage V communique avec l'enceinte où l'on doit maintenir le vide, l'ajutage A communique avec l'atmosphère. L'eau qui sert au fonctionnement du dispositif pénètre par l'ajutage R et peut être évacuée pa run tube barométrique branché en T. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant:
Au moment où les clapets V et T sont fermés, les clapets A et R étant ouverts, le niveau d'eau dans la capacité C étant au plus bas, de l'eau entre par R. Le niveau d'eau en montant chasse l'air à l'extérieur par le clapet A. Lorsque la capacité C est pleine d'eau, les clapets V et T s'ouvrent, et les clapets A et R se ferment.
L'eau descend par gravité jusqu'à une hauteur
H=PA#(Pj+Ps) (1) où PA est la pression atmosphérique du moment,
Pi la pression partielle des gaz dans la capacité,
P, la tension de saturation à la température de l'eau.
L'espace vide dans la capacité C étant en communication avec l'enceinte par le clapet V, l'air contenu dans cette dernière se détend et la pression Pi s'établit dans les deux enceintes. Un nouveau cycle peut alors recommencer.
En fait dans certains cas il est nécessaire que les clapets V et A aient un certain retard à l'ouverture; ce retard peut être obtenu par l'emploi de clapets tarés.
Si 1 est la quantité d'eau extraite par cycle, le volume de gaz dissous, si l'on se place dans les conditions les plus défavorables, est de l'ordre de 20 cl3/1, soit 2 oxo environ à la pression atmosphérique. On a la relation P
0,02 1
Pi
(2) d'où l'on tire
Pi = 0,02, soit pour P, = 10,33 m, Pi = 0,2 m.
Ainsi pour de l'eau à 30O C, dont la tension de saturation est Ps = 0,43 m, on a Pif P, = 0,63 m et
H = 10,33 - 0,63 = 9,70. Le vide est alors
V = H = 9,70 = 0,94 soit 94 O/o
PA 10,33
Du fait que la hauteur du tube barométrique est de l'ordre de 10m, une telle installation est très encombrante.
Pour éliminer cet inconvénient l'eau peut être évacuée non par un tube barométrique, mais par une pompe, comme représenté dans la seconde forme d'exécution illustrée à la fig. 3.
Cette seconde forme d'exécution 3 comporte outre la capacité C ainsi modifiée, une pompe P à double cylindre, un bassin de stockage B, une tuyauterie d'aspiration à la mer M et un échangeur E qui transfère la chaleur emportée par l'eau douce produite par le distillateur à l'eau brute d'alimentation de l'appareil de dessalement.
Le fonctionnement de cette installation est le suivant: L'eau de mer est aspirée en M dans la partie gauche de la pompe P et dirigée vers une source de chaleur non représentée à travers l'échangeur de température E. L'eau distillée en provenance de la source chaude traverse l'échangeur E en sens contraire et est admise dans le récipient ou capacité C en R lorsque les clapets V et T sont fermés et le clapet A est ouvert, mettant ainsi le récipient C en communication avec l'atmosphère. A mesure que le récipient C se remplit, l'air qu'il contient est chassé par le clapet A, tandis que le piston de la pompe P se déplace de gauche à droite.
Lorsque ce piston se déplace de droite à gauche, les clapets T et V s'ouvrent et les clapets A et R se referment.
L'eau douce est ainsi aspirée dans la partie droite de la pompe P d'où elle sera ensuite refoulée dans le bassin de stockage B. Ce bassin de stockage B est lui-même relié au récipient C en R' de façon à fournir un complément d'eau pendant la période d'évacuation des gaz incondensables.
En effet, le débit de la pompe côté eau douce doit être supérieur au volume relatif 1 que nous avons adopté afin que la capacité C puisse fonctionner quelle que soit la quantité d'air dissoute et la température de l'eau. Si S est la section de la capacité, A P4 la hauteur indiquée sur les schémas, on doit avoir
SAPA = 1 ce qui montre que le débit de la pompe doit être au moins le double de celui d'eau douce, d'où la disposition de la fig. 3 où la capacité C comporte un ajutage supplémentaire R' dont le débit vient s'ajouter à celui de l'ajutage R.
Il y a lieu de remarquer que l'appareil à dessalement doit recevoir de la chaleur pour les opérations de distillation et d'atomisation. Cette chaleur doit être évacuée. Le débit d'eau de mer doit être supérieur à celui de l'eau produite, une partie devant en effet être dérivée pour refroidir le distillateur. En définitive la pompe à deux corps P doit être dissymétrique ou, si elle est symétrique pour faciliter la construction doit être accompagnée d'une pompe de circulation d'eau de refroidissement.
La manoeuvre automatique des clapets ne pose aucun problème nouveau; il est à signaler que les espaces morts des clapets supérieurs R, R', V et A doivent être aussi réduits que possible pour éliminer toutes réserves d'air.
Enfin on peut signaler que pour éviter des oscillations du vide de grande amplitude dans le condenseur, la capacité C peut être divisée en 2 ou 3 capacités dont le fonctionnement est déphasé.
On voit donc que dans la forme d'exécution décrite en référence à la fig. 3 une enceinte étanche d'une installation de traitement d'un liquide est munie d'un dispositif d'extraction du type décrit en référence à la fig. 2 et d'un dispositif d'alimentation et d'évacuation de liquide formé par une pompe à double effet P.