FR2471799A1 - Evaporative distn. of liq. for desalination etc. - using one torricellian tube as evaporator coupled to second one used as condenser - Google Patents

Evaporative distn. of liq. for desalination etc. - using one torricellian tube as evaporator coupled to second one used as condenser Download PDF

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Abstract

New a process and a plant installation for evaporative distn. of a liq. followed by condensn. Evapn. takes place in the head space of a Torricellian tube or barometric leg, head space pressure being equal or close to satd. vapour pressure. Condensn. takes place in the head space of a second Torricelliantube in which head space pressure is equal or close to satd. vapour pressure. The two tube headspaces are connected and energy is applied to displace vapour from the headspace of the first Torricellian tube to that of the second tube. The energy may be mechanical, e.g. a fan or blower in the connection between the headspaces, reducing pressure in the first and raising pressure in the second. Alternatively thermal energy can be used, e.g. a heater in the liq. in the first Torricellian tube. Mechanical and thermal energy can be employed simultaneously. Used for prodn. of drinking water by desalination of seawater etc. Prodn. of alcohol from wine must. Purificn. of polluted water. Fractional distn. partic. for the prodn. of petrol. Low cost and simplicity of the installation and its operation.

Description

La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs pour sa mise en oeuvre, en vue de réaliser la distillation de liquides par évaporation suivie d'une condensation. L'invention est susceptible d'être appliquée à de nombreux problèmes industriels et en particulier au dessalement de l'eau de mer, à la purification d'eaux polluées, à l'obtention d'alcool à partir de moûts. The present invention relates to a method and devices for its implementation, with a view to carrying out the distillation of liquids by evaporation followed by condensation. The invention is capable of being applied to numerous industrial problems and in particular to the desalination of sea water, to the purification of polluted water, to the obtaining of alcohol from musts.

Ce procédé est caractérisé par le fait que l'évaporation est opérée à la surface supérieure du liquide se trouvant dans une enceinte fonctionnant en tube de Torricelli, dans lequel cette surface se trouve à une hauteur sensiblement barométrique du fait que la pression au-dessus de cette surface est voisine de la pression de vapeur-saturante du liquide; que la condensation se produit dans une seconde enceinte fonctionnant également en tube de Torricelli dans lequel la pression au-dessus de la surface supérieure du liquide est voisine de ladite pression de vapeur saturante; qu'une communication est établie entre ces deux enceintes au-dessus desdits niveaux liquides supérieurs; et qu'un apport d'énergie mécanique (ou thermique) est prévu pour assurer le déplacement de la vapeur saturante dans ladite communication depuis la partie supérieure de la première enceinte vers la partie supérieure de la seconde. This process is characterized by the fact that the evaporation takes place at the upper surface of the liquid located in an enclosure operating in a Torricelli tube, in which this surface is at a substantially barometric height because the pressure above this surface is close to the vapor-saturating pressure of the liquid; that condensation occurs in a second enclosure also operating in a Torricelli tube in which the pressure above the upper surface of the liquid is close to said saturated vapor pressure; that communication is established between these two enclosures above said upper liquid levels; and that a supply of mechanical (or thermal) energy is provided to ensure the displacement of the saturated vapor in said communication from the upper part of the first enclosure to the upper part of the second.

Pour faciliter l'exposé de l'invention on a représenté aux dessins annexes:
Figure 1, le schéma d'un tube de Torricelli;
Figure 2, une vue schématique destinée à exposer le procédé suivant l'invention dans le cas d'un apport d'énergie par voie mécanique;
Figure 3, une vue schématique relative au cas où l'énergie apportée est thermique;
Figures 4 et 5, des vues schématiques d'appareils suivant l'invention correspondant aux schémas des figures 2 et 3;
Figure 6, la vue schématique d'une variante de l'appareil dans le cas où l'énergie apportée est thermique.To facilitate the presentation of the invention, the accompanying drawings show:
Figure 1, the diagram of a Torricelli tube;
Figure 2, a schematic view for explaining the method according to the invention in the case of an energy supply by mechanical means;
Figure 3, a schematic view relating to the case where the energy supplied is thermal;
Figures 4 and 5, schematic views of apparatus according to the invention corresponding to the diagrams of Figures 2 and 3;
Figure 6, the schematic view of a variant of the device in the case where the energy supplied is thermal.

Il suffira ici de rappeler qu'un tube de Torricelli est un tube 1 fermé à sa partie supérieure, tel celui représenté à la figure 1 dans lequel la hauteur est fonction du poids de la colonne de liquide entre les deux niveaux A et B; dans la partie supérieure 2 du tube règne non pas un vide parfait, mais une très faible pression p égale à la pression de vapeur saturante du liquide à la température considérée. It will suffice here to recall that a Torricelli tube is a tube 1 closed at its upper part, such as that shown in FIG. 1 in which the height is a function of the weight of the column of liquid between the two levels A and B; in the upper part 2 of the tube there is not a perfect vacuum, but a very low pressure p equal to the saturation vapor pressure of the liquid at the temperature considered.

Le poids de la colonne de hauteur h ou hauteur barométrique de section 1 cm2 correspond à la pression extérieure P. La densité du liquide étant d, on a hd = P-e; si le liquide est de l'eau, la hauteur h est d'environ 10,33 mètres. Cette relation est indépendante de la forme et en particulier de la section du tube.The weight of the column of height h or barometric height of section 1 cm2 corresponds to the external pressure P. The density of the liquid being d, one has hd = P-e; if the liquid is water, the height h is approximately 10.33 meters. This relationship is independent of the shape and in particular of the section of the tube.

Dans les explications qui vont suivre l'expression "tube de
Torricelli" sera utilisée pour représenter toute enceinte à deux niveaux liquide , l'un intérieur au-dessus duquel existe un vide partiel, l'autre extérieur sur lequel s'exerce la pression atmosphérique, quelle que soit la forme de cette enceinte.In the explanations which will follow the expression "tube of
Torricelli "will be used to represent any enclosure with two liquid levels, one inside above which there is a partial vacuum, the other outside on which atmospheric pressure is exerted, whatever the shape of this enclosure.

Le procédé suivant l'invention est illustre par les schémas des figures 2 (apport d'énergie mécanique) et 3 (apport d'énergie thermique). Dans le cas de l'application au dessalement de l'eau de mer par exemple, cette eau se trouvant à la température ordinaire est amenée, en continu, dans le vase 3 où plonge la partie inférieure du tube de
Torricelli 4. De même l'eau. pure recueillie se trouve dans le vase 5 dans lequel plonge le tube de Torricelli 6. Les deux tubes 4 et 6 sont relies par une jonction 7,8. Un vide partiel, correspondant sensiblement à la pression de vapeur saturante de l'eau à la température ambiante règne dans la partie supérieure 9 du tube 4 et la partie supérieure du tube 10, ainsi que dans la canalisation de jonction 7,8. Dans cette canalisation est dispose un ventilateur, ou pompe, approprié figuré en 11.The process according to the invention is illustrated by the diagrams of FIGS. 2 (supply of mechanical energy) and 3 (supply of thermal energy). In the case of the application to the desalination of sea water for example, this water being at ordinary temperature is brought continuously into the vessel 3 where the lower part of the
Torricelli 4. Likewise the water. pure collected is found in the vessel 5 into which the Torricelli tube 6 plunges. The two tubes 4 and 6 are connected by a junction 7,8. A partial vacuum, corresponding substantially to the saturated vapor pressure of water at room temperature prevails in the upper part 9 of the tube 4 and the upper part of the tube 10, as well as in the junction pipe 7,8. In this pipeline there is a suitable fan, or pump, shown in 11.

le fonctionnement de ce ventilateur 11 ou analogue a pour effet de faire descendre la pression en 9-7 au-dessous de la pression de vapeur saturante. Il en résulte une ébullition en 12 qui absorbe un nombre de calories correspondant à la chaleur latente de vaporisation de l'eau @4SS~-cTsotes}. Le fonctionnement du ventilateur a, en même temps, pour effet de faire monter la pression en 8-10 au-dessus de la pression de vapeur saturante. Il en résulte une condensation en 13 qui dégage un nombre de calories correspondant à la chaleur latente de condensation.the operation of this fan 11 or the like has the effect of lowering the pressure in 9-7 below the saturated vapor pressure. This results in a boiling in 12 which absorbs a number of calories corresponding to the latent heat of vaporization of water @ 4SS ~ -cTsotes}. At the same time, the operation of the fan increases the pressure by 8-10 above the saturated vapor pressure. This results in condensation at 13 which gives off a number of calories corresponding to the latent heat of condensation.

L'eau dessalée descend dans le tube 6 et est recueillie en continu dans le vase 5. Ce dispositif fonctionne sensiblement à la température ambiante.The desalinated water descends into the tube 6 and is continuously collected in the vessel 5. This device operates substantially at room temperature.

Au lieu d'assurer le déplacement de la vapeur saturante du tube 4 vers le tube 6 par le moyen d'une énergie mécanique, le même effet peut être obtenu par apport d'énergie thermique, comme représenté à la figure 3. A cet effet, le tube #4 est réchauffé par un serpentin 14, ou analogue. L'énergie calorifique apportée dans le tube 4 fournit la chaleur latente de vaporisation, l'ébullition se produit, cependant que la vapeur se condense dans la partie supérieure du -tube 6 non chauffé. Le dispositif fonctionne alors à pression sensiblement constante.  Instead of ensuring the displacement of the saturated vapor from the tube 4 to the tube 6 by means of mechanical energy, the same effect can be obtained by providing thermal energy, as shown in FIG. 3. For this purpose , the tube # 4 is heated by a coil 14, or the like. The heat energy brought into the tube 4 provides the latent heat of vaporization, the boiling occurs, while the steam condenses in the upper part of the unheated tube 6. The device then operates at substantially constant pressure.

Il est à remarquer que, dans ce cas, suivant lXinvention, l'apport d'énergie thermique peut être réalisé par la combinaison du présent procédé et appareil, avec des sources d'énergie thermique diverses, notamment avec des dispositifs d'utilisation de ltenergie solaire. C'est ainsi que l'énergie thermique apportée dans. le tube 14 pourra être fournie à partir de capteurs solaires, dans les pays où règne un haut degré d'insolation. It should be noted that, in this case, according to the invention, the supply of thermal energy can be carried out by the combination of the present method and apparatus, with various sources of thermal energy, in particular with devices for using energy. solar. This is how the thermal energy brought in. the tube 14 can be supplied from solar collectors, in countries where a high degree of sunshine prevails.

On peut également utiliser pour le réchauffage du premier tube de Torricelli l'eau de nappes phréatiques dont les températures sont généralement d'au moins 15 C. Ceci peut être fait soit en alimentant par cette eau le tube d'évaporation, auquel cas sa température propre évite le risque de glaciation, et elle participe au circuit lui-même d'évaporation-condensation; soit dans une enceinte de réchauffage de ce même tube (double enveloppe, serpentin, etc...) notamment dans le cas du dessalement de l'eau de mer; soit encore en combinant, en une solution mixte, ltalimentation en eau de la nappe du tube d'évaporation avec son réchauffage par un circuit distinct parcouru par l'eau de la nappe. Dans ces divers cas la chaleur dégagée dans le tube de condensation est disponible et ce tube peut être aménagé en pompe à chaleur. One can also use for the heating of the first tube of Torricelli the water of water tables whose temperatures are generally at least 15 C. This can be done either by feeding with this water the evaporation tube, in which case its temperature clean avoids the risk of glaciation, and it participates in the evaporation-condensation circuit itself; either in a heating chamber of this same tube (double jacket, coil, etc.), in particular in the case of desalination of sea water; or again by combining, in a mixed solution, the supply of water to the sheet of the evaporation tube with its heating by a separate circuit traversed by the water from the sheet. In these various cases, the heat released in the condensation tube is available and this tube can be converted into a heat pump.

Pour l'application effective du procédé, un certain nombre de dispositions complémentaires seront avantageusement prévues. Notam mpntg les différentes parties de l'appareil pourront être calorifugées pour éviter le trouble du cycle évaporation-condensa.tion. For the effective application of the process, a certain number of additional provisions will advantageously be provided. Notam mpntg the different parts of the device can be insulated to avoid the clouding of the evaporation-condensa.tion cycle.

En se reportant à la figure 4 on voit que la partie supérieure du tube 15 pourra être élargie pour former une enceinte de vaporisation de grande surface 16 et de même la partie supérieure du second tube 19 pourra être élargie pour former une grande surface de condensation 20. Referring to FIG. 4, it can be seen that the upper part of the tube 15 can be widened to form a large-area vaporization enclosure 16 and likewise the upper part of the second tube 19 can be widened to form a large condensing surface 20 .

Il pourra être prévu à la partie supérieure de la chambre de vaporisation 16, un alvéole 17 - ou tout moyen équivalent - où se rassemblent les gaz dissous dans le liquide traité, qui se dégagent pendant l'ébullition, une tubulure de purge 18 munie d'un robinet étant prévue. There may be provided at the upper part of the vaporization chamber 16, a cell 17 - or any equivalent means - where the gases dissolved in the treated liquid collect, which are released during boiling, a purge pipe 18 provided with 'a tap being provided.

Du fait de la perte de calories à l'ébullition, il peut se produire des phénomènes de glaciation dans le tube 15 et pour les combattre, des moyens de réchauffage de ce tube pourront être prévus. Due to the loss of calories on boiling, there may be phenomena of glaciation in the tube 15 and to combat them, means for reheating this tube may be provided.

Notamment l'appareil pourra comporter toute disposition comportant un récupérateur de chaleur dans le second tube 19 et son transfert dans le premier tube 15 pour en assurer le réchauffage Comme il a été représenté à la figure 5 ce circuit pourra comporter un serpentin 22 à la partie supérieure du tube 19 relié en circuit fermé 21 à un serpentin de réchauffage 23 dans la partie supérieure du tube 15. Ces serpentins 22, 23 pourraient être disposes dans les enceintes elles-mêmes 16 et 20 de vaporisation ou condensation. Selon une variante, le tube 19 pourrait lui-même traverser'le tube 15 et constituer lui-meme un échangeur.In particular, the apparatus may include any arrangement comprising a heat recovery unit in the second tube 19 and its transfer into the first tube 15 to ensure heating thereof. As shown in FIG. 5, this circuit may include a coil 22 in the part upper part of the tube 19 connected in closed circuit 21 to a heating coil 23 in the upper part of the tube 15. These coils 22, 23 could be arranged in the enclosures themselves 16 and 20 of vaporization or condensation. According to a variant, the tube 19 could itself pass through the tube 15 and itself constitute an exchanger.

Dans le cas où l'énergie apportée est thermique (fonctionnement à pression constante) l'appareil pourra comporter des formes analogues à celles représentées aux figures 4 et 5, l'apport d'énergie se faisant dans le tube 15 ou dans la chambre de vaporisation 16. In the case where the energy supplied is thermal (operating at constant pressure), the device may include shapes similar to those shown in FIGS. 4 and 5, the energy supply taking place in the tube 15 or in the spray 16.

Les vases 3 et 5 pourront avantageusement être munis de tous dispositifs destinés à maintenir le niveau constant ainsi que tous moyens d'alimentation en-liquide à traiter et d'évacuation du liquide recueilli. Vases 3 and 5 may advantageously be provided with all devices intended to maintain the constant level as well as all means of supplying the liquid to be treated and of discharging the collected liquid.

Dans une variante de l'appareil dans lequel l'énergie est appliquée sous forme thermique et qui est représentée à la figure 6, le transfert de calories du tube où se produit la condensation au tube où se produit l'évaporation s'effectue d'une manière particulièrement simple en les disposant l'un dans l'autre. Le tube d'évaporation 25 alimenté en eau de mer à partir d'un réservoir à niveau constant 26 comporte intérieurement un élément de chauffage 27. Il est disposé et débouche à sa partie supérieure dans le tube de condensation 28 fermé à sa partie supérieure 29, et communiquant à sa base avec le réservoir 30 par lequel s'évacue l'eau condensée. Le fonctionnement est le même que celui précédemment décrit relativement aux figures 3 et 5. In a variant of the apparatus in which the energy is applied in thermal form and which is represented in FIG. 6, the transfer of calories from the tube where condensation occurs to the tube where evaporation takes place takes place a particularly simple way by arranging them one inside the other. The evaporation tube 25 supplied with sea water from a constant level tank 26 has an internal heating element 27. It is arranged and opens at its upper part in the condensation tube 28 closed at its upper part 29 , and communicating at its base with the reservoir 30 through which the condensed water is discharged. The operation is the same as that previously described in relation to FIGS. 3 and 5.

On pourrait également disposer le tube de condensation à l'intérieur du tube d'évaporation, notamment dans le cas où l'apport d'énergie thermique serait faite par circulation d'eau chauffée grâce à un capteur solaire. The condensation tube could also be placed inside the evaporation tube, in particular in the case where the supply of thermal energy is made by circulation of heated water thanks to a solar collector.

Il doit être observé que le procédé objet de la présente invention et les appareils pour sa réalisation peuvent comporter de nombreuses applications. C'est ainsi qu'il peut être appliqué sous forme d'une pompe à chaleur, les calories disponibles étant recueillies dans l'enceinte ou le tube de condensation. On peut également recueillir les frigories disponibles dans le tube 15. It should be observed that the process which is the subject of the present invention and the apparatuses for carrying it out can have many applications. Thus it can be applied in the form of a heat pump, the available calories being collected in the enclosure or the condensation tube. The frigories available in tube 15 can also be collected.

L'invention est applicable au traitement de nombreux liquides non seulement au dessalement de l'eau de mer mais encore à l'obtention d'eau pure à partir d'eaux usées; à l'obtention d'alcool et à toutes distillations fractionnées, notamment à l'obtention d'essence à partir du pétrole brut. The invention is applicable to the treatment of many liquids not only for the desalination of sea water but also for obtaining pure water from waste water; obtaining alcohol and all fractional distillations, in particular obtaining gasoline from crude oil.

Claims (14)

- REVENDICATIONS- CLAIMS 1.- Procédé de distillation de liquides par évaporation suivie de condensation, caractérisé par le fait que l'évaporation se produit dans un premier tube de Torricelli dans lequel le liquide est maintenu à une hauteur sensiblement barométrique du fait que la pression, au-dessus du niveau supérieur du liquide est égale ou voisine de la pression de vapeur saturante, que la condensation se produit dans un second tube de Torricelli dans lequel la pression au-dessus du niveau du liquide est égale ou voisine de la pression de vapeur saturante, que ces deux tubes sont en communication par leur partie située au-dessus du niveau supérieur du liquide et qu'un apport d'énergie est prévu pour assurer le déplacement de la vapeur dudit liquide de la partie supérieure du premier tube vers la partie supérieure du second. 1.- Process for the distillation of liquids by evaporation followed by condensation, characterized in that the evaporation takes place in a first Torricelli tube in which the liquid is kept at a substantially barometric height because the pressure, above of the upper level of the liquid is equal to or close to the saturated vapor pressure, as condensation occurs in a second Torricelli tube in which the pressure above the level of the liquid is equal to or close to the saturated vapor pressure, than these two tubes are in communication by their part located above the upper level of the liquid and that an energy supply is provided to ensure the displacement of the vapor of said liquid from the upper part of the first tube to the upper part of the second . 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie fournie est mécanique. 2.- Method according to claim 1, characterized in that the energy supplied is mechanical. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie fournie est thermique. 3.- Method according to claim 1, characterized in that the energy supplied is thermal. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie fournie est à la fois mécanique et thermique. 4.- Method according to claim 1, characterized in that the energy supplied is both mechanical and thermal. 5.- Appareil pour l'application du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les tubes de Torricelli comportent une partie supérieure élargie pour offrir une grande surface d'évaporation et condensation. 5.- Apparatus for applying the method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Torricelli tubes have an enlarged upper part to provide a large surface for evaporation and condensation. 6.- Appareil pour l'application du procédé suivant les revendications 1, 2 et 4, caractérisé par le fait que dans la communication entre les deux tubes de Torricelli se trouve un ventilateur ou pompe aspirant dans le premier et refoulant dans le second. 6.- Apparatus for the application of the method according to claims 1, 2 and 4, characterized in that in the communication between the two tubes of Torricelli is a fan or pump aspirating in the first and discharging in the second. 7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait que le premier tube de Torricelli comporte un moyen de chauffage évitant une glaciation éventuelle. 7.- Apparatus according to any one of claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the first tube of Torricelli comprises a heating means avoiding possible glaciation. 8.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que les deux tubes sont reliés par un circuit fermé de circulation fournissant au premier tube la chaleur dégagée dans le second. 8.- Apparatus according to any one of claims 1 to 7 characterized in that the two tubes are connected by a closed circulation circuit providing the first tube with the heat given off in the second. 9.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que les deux tubes de Torricelli sont disposés intérieurement l'un à l'autre.  9.- Apparatus according to any one of claims 1 to 8 characterized in that the two Torricelli tubes are arranged internally to each other. 10.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1, 3, 5, 8 et 9, caractérisé par le fait que le premier tube de Torricelli comporte un moyen de chauffage assurant l'ébullition. 10.- Apparatus according to any one of claims 1, 3, 5, 8 and 9, characterized in that the first tube of Torricelli comprises a heating means ensuring the boiling. 11.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 109 caractérisé par le fait que l'enceinte élargie terminant le premier tube à sa partie supérieure comporte une poche d'évacuation des gaz dissous dans le liquide traité. 11.- Apparatus according to any one of claims 1 109 characterized in that the enlarged enclosure terminating the first tube at its upper part comprises a pocket for discharging the gases dissolved in the treated liquid. 12.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les apports de calories sont effectues à partir d' un dispositif de captation de l'énergie solaire, 12.- Apparatus according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the calorie contributions are made from a device for capturing solar energy, 13.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'apport d'énergie thermique dans le tube d'évaporation est effectué par de l'eau puisée dans une nappe phréatique. 13.- Apparatus according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the supply of thermal energy in the evaporation tube is carried out by water drawn from a water table. 14.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11 et 13, caractérisé par le fait que le tube de condensation est aménagé en pompe à chaleur.  14.- Apparatus according to any one of claims 1 to 11 and 13, characterized in that the condensation tube is arranged in a heat pump.
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