FR2557470A1 - Process for reheating a fluid by using heat energy at low heat level present in a heat transfer fluid - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé pour réchauffer un fluide par mise en oeuvre de calories à bas niveau thermique contenues dans un fluide caloporteur. The subject of the present invention is a method for heating a fluid by using calories with a low thermal level contained in a heat transfer fluid.
Il est fréquent que dans l'industrie, par exemple dans l'industrie laitière, l'on dispose de fluides caloporteurs produits en tant qu'effluents de diverses installations de traitement. Quand ces fluides contiennent des calories à niveau thermique élevé, ils peuvent servir comme sources de chaleur à diverses fins et notamment pour réchauffer un fluide froid destiné à être utilisé, après réchauffage, dans d'autres installations de traitement. Frequently in industry, for example in the dairy industry, heat transfer fluids produced as effluents from various treatment plants are available. When these fluids contain calories at a high thermal level, they can serve as heat sources for various purposes and in particular for heating a cold fluid intended to be used, after reheating, in other treatment installations.
Toutefois, quand les calories de ces fluides caloporteurs sont à un bas niveau thermique, celles-ci ne peuvent être utilisées efficacement sans relèvement préalable de leur niveau thermique. Or, les procédés connus à ce jour pour réaliser un tel relèvement sont onéreux et pour cette raison on préfère souvent purement et simplement renoncer à utiliser ces calories
Le but de la présente invention est de valoriser des calories à bas niveau thermique et pour ce faire elle propose un procédé tel que défini au premier paragraphe de la présente description qui se caractérise en ce qu'il consiste à prélever des calories sur le fluide caloporteur, à soumettre les calories ainsi prélevées à l'action d'une ou plusieurs compressions successives, l'une de ces compressions étant celle mise en oeuvre dans un cycle de concentration d'un produit liquide constitué par un produit en solution ou en suspension respectivement dans un solvant ou diluant vaporisable, ce cycle comprenant un ou plusieurs stades d'évaporation successifs réalisés chacun par échange thermique indirect entre une vapeur de chauffage condensable et ledit produit liquide, échange au cours duquel ladite vapeur de chauffage se condense et cède sa chaleur latente de vaporisation audit produit liquide, la vapeur produite à au moins un stade d'évaporation, dite vapeur d'évaporation, étant comprimée avant d'être utilisée comme vapeur de chauffage pour le stade d'avaporation dont est issue ladite vapeur d'évaporation à comprimer ou d'un stade d'évaporation précédant celui-ci, à prélever des calories sur le cycle de concentration et à transférer les calories ainsi prélevées au fluide à réchauffer.However, when the calories of these heat transfer fluids are at a low thermal level, they cannot be used efficiently without first raising their thermal level. However, the methods known to date for achieving such an increase are expensive and for this reason we often prefer purely and simply to give up using these calories
The purpose of the present invention is to value calories at a low thermal level and to do this it offers a process as defined in the first paragraph of this description which is characterized in that it consists in taking calories from the heat transfer fluid. , subjecting the calories thus removed to the action of one or more successive compressions, one of these compressions being that implemented in a concentration cycle of a liquid product consisting of a product in solution or in suspension respectively in a vaporizable solvent or diluent, this cycle comprising one or more successive stages of evaporation each carried out by indirect heat exchange between a condensable heating vapor and said liquid product, exchange during which said heating vapor condenses and gives up its latent heat vaporization of said liquid product, the vapor produced at at least one stage of evaporation, called evaporation vapor, being compressed before being used as heating vapor for the evaporation stage from which the said evaporation vapor to be compressed or from an evaporation stage preceding it, take calories from the concentration cycle and transfer the calories thus taken from the fluid to be heated.
Conformément à l'invention, le niveau thermique des calories prélevées sur le fluide caloporteur et soumises à l'action de la compression mise en oeuvre dans le cycle de concentration est relevé au cours de cette compression et est amené au niveau thermique le plus élevé dudit cycle et ceci en profitant avantageusement du compresseur du cycle de concentration. In accordance with the invention, the thermal level of the calories taken from the heat transfer fluid and subjected to the action of compression implemented in the concentration cycle is raised during this compression and is brought to the highest thermal level of said cycle and this advantageously taking advantage of the compressor of the concentration cycle.
Certes, ce dernier compresseur devra être plus largement dimensionné et consommer plus d'énergie que celui normalement nécessaire quand il n'y a pas transfert de calories extérieures dans le cycle de concentration, mais le coût de l'exploitation du procédé selon l'invention reste malgré tout bien inférieur aux procédés existants. Les calories dont le niveau thermique a ainsi été relevé de manière économique, peuvent ensuite être utilisées efficacement à diverses fins, notamment pour réchauffer un fluide.Admittedly, this latter compressor will have to be more widely dimensioned and consume more energy than that normally required when there is no transfer of external calories in the concentration cycle, but the cost of operating the process according to the invention still remains far below existing processes. The calories, the thermal level of which has thus been raised economically, can then be used effectively for various purposes, in particular for heating a fluid.
Le prélèvement des calories à bas niveau thermique sur le fluide caloporteur peutêtre réalisé de diverses manières. The removal of calories at low thermal level from the heat transfer fluid can be carried out in various ways.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention et lorsque le fluide caloporteur est un liquide caloporteur vaporisable ou un liquide vaporisable auquel ont été cédées les calories d'un gaz caloporteur, ce prélèvement est réalisé en soumettant le fluide caloporteur à une ou plusieurs détentes successives, les calories de la vapeur de détente produite par au moins l'une de ces détentes étant ensuite soumises à l'action de ladite ou desdites compressions. According to a first embodiment of the invention and when the heat transfer fluid is a vaporizable heat transfer liquid or a vaporizable liquid to which the calories of a heat transfer gas have been transferred, this removal is carried out by subjecting the heat transfer fluid to one or more detents successive, the calories of the expansion vapor produced by at least one of these detents being then subjected to the action of said one or more compressions.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, on prélève des calories sur le fluide caloporteur en effectuant un ou plusieurs échanges thermiques successifs entre le fluide caloporteur et un liquide vaporisable de manière à ce qu'au cours de ces échanges le fluide se refroidisse progressivement et le liquide vaporisable se réchauffe progressivement et en soumettant le liquide vaporisable résultant à une ou plusieurs détentes successives, les calories de la vapeur de détente produite par au moins l'une de ces détentes étant ensuite sottises à l'action de ladite ou desdites compresyions. According to a second embodiment of the invention, calories are taken from the heat transfer fluid by carrying out one or more successive heat exchanges between the heat transfer fluid and a vaporizable liquid so that during these exchanges the fluid cools gradually and the vaporizable liquid gradually heats up and by subjecting the resulting vaporizable liquid to one or more successive detents, the calories of the expansion vapor produced by at least one of these detents then being dulled by the action of said one or more said compresyions.
Il est à noter que le dernier edwnge thrmique peut avant#toe#t ntetre du type par meLmge. It should be noted that the last thrmic edwnge can before # toe # t be of type by meLmge.
Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, on prélève des calories sur le fluide caloporteur en effectuant un ou plusieurs échanges thermiques indirects successifs entre le fluide caloporteur et respectivement un ou plusieurs liquides vaporisables et en soumettant chacun desdits liquides vaporisables résultants à une ou plusieurs détentes successives, les calories de la vapeur de détente produite par au moins l'une de ces détentes étant ensuite soumises à l'action de ladite ou desdites compressions. According to a third embodiment of the invention, calories are taken from the heat transfer fluid by carrying out one or more successive indirect heat exchanges between the heat transfer fluid and respectively one or more vaporizable liquids and by subjecting each of said resultant vaporizable liquids to one or more several successive detents, the calories of the expansion vapor produced by at least one of these detents then being subjected to the action of said one or more compressions.
Dans le but de soumettre les calories de la vapeur de détente, produite dans les trois modes de réalisation ci-dessus, à l'action de ladite ou desdites compressions, on comprime éventuellement ladite vapeur de détente et sonnet vapeur éventuellement comprimée résultante à un échange thermique avec un fluide du cycle de concentration.On comprendra que si la vapeur de détente éventuellement comprimée est plus chaude que le fluide du cycle de concentration, les calories de cette vapeur de détente peuvent être transférées audit fluide du cycle de concentration ; en outre, Si le fluide est constitué par le produit liquide destiné à être concentré dans le stade d'évaporation dont est issue la vapeur d'évaporation à comprimer ou dans un stade d'évaporation précédant celui-ci, les calories en cause se retrouvent à un moment donné dans la vapeur d'évaporation à comprimer et sont de ce fait soumises à l'action du compresseur du cycle de concentration où elles sont amenées au niveau thermique le plus élevé dudit cycle. In order to subject the calories of the expansion vapor, produced in the three embodiments above, to the action of said compression or compressions, said expansion vapor is optionally compressed and sonnet, possibly compressed vapor, resulting in an exchange thermal with a fluid of the concentration cycle. It will be understood that if the expansion vapor possibly compressed is hotter than the fluid of the concentration cycle, the calories of this expansion vapor can be transferred to said fluid of the concentration cycle; in addition, if the fluid consists of the liquid product intended to be concentrated in the evaporation stage from which the evaporation vapor to be compressed originates or in an evaporation stage preceding this, the calories in question are found at a given moment in the evaporation vapor to be compressed and are therefore subjected to the action of the compressor of the concentration cycle where they are brought to the highest thermal level of said cycle.
Par ailleurs, quand le liquide caloporteur ou le liquide vaporisable est de même nature que le solvant ou le diluant du produit liquide à concentrer, les calories de la vapeur de détente produite dans les trois modes de réalisation ci-dessus sont soumises à l'action de ladite ou desdites compressions, en comprimant ladite vapeur de détente jusqu'à la pression correspondant à la température d'une vapeur de chauffage du cycle de coneentration autre que celle constituée par la vapeur d' évaporation comprimée puis en joignant la vapeur comprimée résultante à ladite vapeur de chauffage loi encore, on comprendra que si ladite vapeur de chauffage est celle destinée à etre mise en oeuvre dans le stade d'évaporation dont est issue la vapeur d'évaporation à comprimer, ou dans un stade précédant celui-ci, les calories en cause se retrouvent dans la vapeur d'évaporation à comprimer et sont de ce fait amenées au niveau thermique le plus élevé du cycle de concentration. Il en est de même quand on comprime ladite vapeur de détente jusqu'à la pression correspondant à la température de la vapeur d'évaporation à comprimer puis joint à cette dernière la vapeur de détente comprimée. Furthermore, when the heat transfer liquid or the vaporizable liquid is of the same nature as the solvent or diluent of the liquid product to be concentrated, the calories of the expansion vapor produced in the three embodiments above are subjected to the action. of said compression (s), by compressing said expansion vapor to the pressure corresponding to the temperature of a heating vapor of the concentration cycle other than that constituted by the compressed evaporating vapor and then joining the resulting compressed vapor to said heating vapor still law, it will be understood that if said heating vapor is that intended to be used in the evaporation stage from which the evaporation vapor to be compressed originates, or in a stage preceding this, the calories in question are found in the evaporation vapor to be compressed and are therefore brought to the highest thermal level of the concentration cycle. The same applies when the said expansion vapor is compressed to the pressure corresponding to the temperature of the evaporation vapor to be compressed and then the compressed expansion vapor is added to the latter.
D'autre part, quand le liquide caloporteur ou le liquide vaporisable est de meme nature que le solvant ou diluant du produit liquide à concentrer, le niveau thermique des calories de la vapeur de détente produite dans les trois modes de réalisation définis précédemment, peut également etre relevé uniquement au moyen du compresseur du cycle de concentration pour ce faire, on réalise l'une des détentes à une pression correspondant à la température de la vapeur d'évaporation à comprimer puis on joint la vapeur produite par cette détente à ladite vapeur d'évaporation à comprimer.Dans ce cas, on pourra avantageusement, soit comprimer la vapeur produite par au moins l'une des autres détentes pour l'amener à une pression correspondant à la température de la vapeur d'évaporation à comprimer, puis joindre la vapeur ainsi comprimée à ladite vapeur d'évaporation à comprimer, soit comprimer la vapeur de détente produite par au moins une détente suivante pour l'amener à une pression correspondant à la température de la vapeur de détente produite par l'une des détentes précédentes avant de la joindre à cette dernière vapeur. On the other hand, when the heat transfer liquid or the vaporizable liquid is of the same nature as the solvent or diluent of the liquid product to be concentrated, the thermal level of the calories of the expansion vapor produced in the three embodiments defined above, can also to be raised only by means of the concentration cycle compressor to do this, one of the detents is carried out at a pressure corresponding to the temperature of the evaporation vapor to be compressed and then the vapor produced by this expansion is joined to said vapor d In this case, it is advantageous either to compress the vapor produced by at least one of the other detents to bring it to a pressure corresponding to the temperature of the evaporation vapor to be compressed, then to join the vapor thus compressed to said evaporation vapor to be compressed, or compress the expansion vapor produced by at least one subsequent expansion to bring it to a corresponding pressure at the temperature of the expansion vapor produced by one of the preceding detents before joining it to this latter vapor.
Dans ce cas, le niveau thermique des calories présentes dans la vapeur de détente produite par au moins une desdites autres détentes, sera relevé en deux ou plusieurs stades jusqu'au niveau thermique le plus élevé du cycle de concentration, c'est-à-dire au niveau thermique de la vapeur issue de l'opération de compression dudit cycle.In this case, the thermal level of the calories present in the expansion vapor produced by at least one of said other detents, will be raised in two or more stages up to the highest thermal level of the concentration cycle, that is to say say at the thermal level of the vapor resulting from the compression operation of said cycle.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, on prélève des calories sur le fluide caloporteur en soumettant, dans l'évaporateur d'au moins une pompe à chaleur, le fluide caloporteur à un échange thermique indirect avec un gaz intermédiaire auquel sont ainsi transférées les calories dudit fluide caloporteur, le gaz intermédiaire résultant étant ensuite comprimé au moyen du compresseur de la pompe à chaleur pour amener les calories qu'il contient à un niveau thermique permettant leur transfert dans le cycle de concentration où elles sont soumises à l'action de la compression mise en oeuvre dans ce cycle. According to a fourth embodiment of the invention, calories are taken from the heat transfer fluid by subjecting, in the evaporator of at least one heat pump, the heat transfer fluid to an indirect heat exchange with an intermediate gas to which are thus transferred the calories from said heat transfer fluid, the resulting intermediate gas then being compressed by means of the compressor of the heat pump to bring the calories it contains to a thermal level allowing their transfer in the concentration cycle where they are subjected to action of compression implemented in this cycle.
Enfin, selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, on prélève des calories sur le fluide caloporteur en effectuant un ou plusieurs échanges thermiques successifs entre le fluide caloporteur et un liquide intermédiaire pour réchauffer progressivement ce dernier avec refroidissement progressif du fluide caloporteur et en soumettant, dans l'évaporateur d'au moins une pompe à chaleur, le liquide intermédiaire réchauffé résultant à un échange thermique indirect avec un gaz intermédiaire auquel sont ainsi transférées des calories du liquide intermédiaire, le gaz intermédiaire résultant étant ensuite comprimé pour amener les calories qu'il contient à un niveau thermique permettant leur transfert dans le cycle de concentration où elles sont soumises à l'action de la compression mise en oeuvre dans ce cycle. Finally, according to a fifth embodiment of the invention, calories are removed from the heat transfer fluid by carrying out one or more successive heat exchanges between the heat transfer fluid and an intermediate liquid to gradually heat the latter with progressive cooling of the heat transfer fluid and subjecting, in the evaporator of at least one heat pump, the resulting heated intermediate liquid to an indirect heat exchange with an intermediate gas to which calories of the intermediate liquid are thus transferred, the resulting intermediate gas then being compressed to bring the calories that it contains at a thermal level allowing their transfer in the concentration cycle where they are subjected to the action of compression implemented in this cycle.
Dans ces deux derniers modes de réalisation, on réalise le transfert dans le cycle de concentration des calories du gaz intermédiaire comprimé, en soumettant ledit gaz intermédiaire comprimé à un échange thermique indirect avec un fluide moins chaud que ledit gaz et en soumettant à son tour le fluide résultant à un échange thermique indirect avec le produit liquide, moins chaud que ledit fluide, destiné à être concentré dans le stade d'évaporation du cycle de concentration, dont est issue la vapeur d'évaporation à comprimer ou dans l'un des stades d'évaporation précédant celui-ci.Selon une première variante possible, on réalise le transfert dans le cycle de concentration des calories du gaz intermédiaire comprimé, en soumettant ledit gaz intermédiaire comprimé à un échange thermique indirect avec un liquide vaporisable moins chaud que ledit gaz comprimé et en soumettant le liquide résultant à une détente, la vapeur de détente ainsi produite étant soumise à un échange thermique indirect avec le produit liquide, moins chaud que cette vapeur, destiné à être concentré dans le stade d'évaporation dont est issue la vapeur d'évaporation à comprimer ou dans l'un des stades d'évaporation précédant celui-ci.Selon une autre variante, on réalise le transfert dans le cycle de concentration des calories du gaz intermédiaire comprimé, en soumettant ledit gaz intermédiaire comprimé à un échange thermique indirect avec un liquide vaporisable moins chaud que ledit gaz comprimé et en soumettant le liquide résultant à une détente, la vapeur de détente ainsi produite étant mélangée à la vapeur d'évaporation à comprimer du cycle de concentration ou à la vapeur de chauffage pour un stade d'évaporation du cycle de concentration autre que celle constituée par la vapeur d'évaporation comprimée, ladite détente étant réalisée pour que ladite vapeur de détente ait la même température que ladite vapeur d'évaporation ou ladite vapeur de chauffage ; la vapeur de chauffage sera bien entendu celle destinée à être mise en oeuvre dans le stade d'évaporation dont est issue la vapeur d'évaporation à comprimer ou dans un stade précédant celui-ci et ce, pour que les calories contenues dans ladite vapeur de détente puissent se retrouver à un moment donné dans la vapeur d'évaporation à comprimer du cycle de concentration. Selon une troisième variante, on réalise le transfert des calories du gaz intermédiaire comprimé, dans le cycle de concentration, en soumettant ledit gaz intermédiaire comprimé à à un échange thermique indirect avec le produit liquide, moins chaud que ce gaz compriméJdestiné à être concentré dans le stade d'évaporation dont est issue la vapeur d'évaporation à comprimer ou dans l'un des stades d'évaporation précédant celui-ci. In these last two embodiments, the transfer in the calorie concentration cycle of the compressed intermediate gas is carried out, by subjecting said compressed intermediate gas to an indirect heat exchange with a fluid less hot than said gas and in turn subjecting the fluid resulting from an indirect heat exchange with the liquid product, less hot than said fluid, intended to be concentrated in the evaporation stage of the concentration cycle, from which the evaporation vapor to be compressed or in one of the stages comes Evaporation preceding this. According to a first possible variant, the compressed intermediate gas is transferred into the calorie concentration cycle, by subjecting said compressed intermediate gas to an indirect heat exchange with a vaporizable liquid which is less hot than said gas. compressed and subjecting the resulting liquid to an expansion, the expansion vapor thus produced being subjected to an indirec heat exchange t with the liquid product, less hot than this vapor, intended to be concentrated in the evaporation stage from which the evaporation vapor to be compressed originates or in one of the evaporation stages preceding it. variant, the transfer is carried out in the concentration cycle of calories of the compressed intermediate gas, by subjecting said compressed intermediate gas to an indirect heat exchange with a vaporizable liquid which is less hot than said compressed gas and by subjecting the resulting liquid to expansion, expansion vapor thus produced being mixed with the evaporation vapor to be compressed from the concentration cycle or with the heating vapor for an evaporation stage of the concentration cycle other than that constituted by the compressed evaporation vapor, said expansion being performed so that said expansion vapor has the same temperature as said evaporation vapor or said heating vapor; the heating vapor will of course be that intended to be used in the evaporation stage from which the evaporation vapor to be compressed originates or in a stage preceding it, so that the calories contained in said vapor relaxation may be found at some point in the evaporation vapor to be compressed from the concentration cycle. According to a third variant, the calories are transferred from the compressed intermediate gas, in the concentration cycle, by subjecting said compressed intermediate gas to an indirect heat exchange with the liquid product, less hot than this compressed gas intended to be concentrated in the stage of evaporation from which the evaporation vapor to be compressed comes or in one of the stages of evaporation preceding this one.
On notera ici que dans les quatrième et cinquième modes de réalisation de l'invention, le compresseur de la ou des pompes à chaleur pourra être du type à compression mécanique ou du type à éjecto-compression. It will be noted here that in the fourth and fifth embodiments of the invention, the compressor of the heat pump or pumps may be of the mechanical compression type or of the ejecto-compression type.
Quand le cycle de concentration comporte plusieurs stades d'évaporation, ces derniers étant réalisés respectivement dans des chambres d'évaporation associées chacune a un corps de chauffe alimenté en vapeur de chauffage avec extraction en continu des incondensables d'au moins un corps de chauffe sous la forme d'un mélange d'incondensables et de vapeur de chauffage, le fluide caloporteur selon l'invention pourra avantageusement être constitué par le mélange incondensables-vapeur de chauffage extrait d'un corps dechauffe qui n'est pas au niveau thermique le plus élevé du cycle de concentration. When the concentration cycle comprises several stages of evaporation, the latter being carried out respectively in evaporation chambers each associated with a heating body supplied with heating steam with continuous extraction of the incondensables from at least one heating body under the form of a mixture of noncondensables and heating steam, the heat transfer fluid according to the invention may advantageously consist of the noncondensable mixture of heating vapor extracted from a decheated body which is not at the most thermal level high concentration cycle.
En ce qui concerne le prélèvement des calories sur le cycle de concentration puis leur transfert au fluide à réchauffer, ils pourront par exemple être réalisés par échange thermique entre ledit fluide à réchauffer et un fluide du cycle de concentration ayant un niveau thermique supérieur à celui des calories du fluide caloporteur, étant entendu que ledit fluide du cycle de concentration sera de préférence un fluide qui est au niveau thermique le plus élevé du cycle, et notamment la vapeur d'évaporation ayant subi la compression . On pourra bien entendu, si on le désire, soumettre cette dernière à au moins une compression supplémentaire avant son 4shange thermique avec le fluide à réchauffer. With regard to the removal of calories from the concentration cycle and then their transfer to the fluid to be heated, they may for example be produced by heat exchange between said fluid to be heated and a fluid of the concentration cycle having a thermal level higher than that of calories of the heat transfer fluid, it being understood that said fluid of the concentration cycle will preferably be a fluid which is at the highest thermal level of the cycle, and in particular the vapor of evaporation which has been subjected to compression. It is of course possible, if desired, to subject the latter to at least one additional compression before its thermal change with the fluid to be heated.
Le fluide à réchauffer pourra par exemple être constitué par de l'eau. The fluid to be heated may for example consist of water.
Par ailleurs, il est fréquent, notamment dans l'industrie laitière, de trouver à proximité l'une de l'autre, d'une part, une installation dans laquelle est mis en oeuvre un cycle de concentration du type de celui décrit ci-dessus et d'autre part, une installation de séchage faisant appel à un gaz chaud de séchage. Dans ces conditions, le fluide à réchauffer sera avantageusement constitué par le gaz destiné à être utilisé comme gaz de séchage dans le cycle de séchage d'un produit à sécher mis en oeuvre dans ladite installation de séchage. In addition, it is frequent, in particular in the dairy industry, to find near each other, on the one hand, an installation in which a concentration cycle of the type described above is implemented. above and on the other hand, a drying installation using a hot drying gas. Under these conditions, the fluid to be heated will advantageously consist of the gas intended to be used as drying gas in the drying cycle of a product to be dried used in said drying installation.
Le cycle de séchage comprendra notamment le préchauffage d'un gaz de séchage au moyen des calories prélevées sur le cycle de concentration, le chauffage dans un réchauffeur du gaz ainsi préchauffé,jusqu'à la température finale requise pour le séchage, l'échange thermique direct entre le gaz résultant et le produit concentré issu du cycle de concentration ou tout autre produit à sécher pour obtenir un produit séché et un fluide gazeux comprenant ledit gaz de séchage et la vapeur de solvant ou diluant provenant du pr e ità réchauffer et la séparation de ce fluide gazeux du produit séché.Selon une caractéristique de l'invention, ledit fluide gazeux, les gaz chauds éventuellementcréês dans le re- chauffeur et/ou un liquide auquel ont préalablement été transférées les calories du fluide gazeux et/ou desdits gaz chauds sont utilisés en tant que fluide caloporteur sur lequel on réalise ensuite les différentes opérations décrites précédemment. The drying cycle will include in particular the preheating of a drying gas by means of the calories taken from the concentration cycle, the heating in a heater of the gas thus preheated, to the final temperature required for drying, the heat exchange direct between the resulting gas and the concentrated product resulting from the concentration cycle or any other product to be dried in order to obtain a dried product and a gaseous fluid comprising said drying gas and the solvent or diluent vapor coming from the pr e it to be heated and the separation of this gaseous fluid of the dried product. According to a characteristic of the invention, said gaseous fluid, the hot gases possibly created in the reheater and / or a liquid to which the calories of the gaseous fluid and / or said hot gases have previously been transferred. are used as heat transfer fluid on which the various operations described above are then carried out.
Cette caractéristique est particulièrement intéressante puisqu'elle permet de réaliser une opération de concentration et de séchage avec un rejet minimum de calories et, partant, avec une consommation minimum d'énergie. This characteristic is particularly interesting since it makes it possible to carry out a concentration and drying operation with a minimum rejection of calories and, consequently, with a minimum consumption of energy.
Plusieurs modes de réalisation de l'invention sont illustrés ciaprès avec référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de concentration et de séchage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et installation dans laquelle le fluide caloporteur est constitué par le liquide résultant du lavage par de l'eau du gaz de séchage chaud et humide issu de l'unité de séchage, les calories prélevées sur ce fluide caloporteur étant transférées au produit liquide à traiter dans cette installation,
- la figure 2 est une représentation schématique d'une installation du type évaporateur à compression mécanique de vapeur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, installation dans laquelle les calories prélevées sur le fluide caloporteur sont introduites au niveau de l'aspiration du compresseur de l'évaporateur,
- les figures 3 à 7 illustrent différents modes de prélèvement des calories sur le fluide caloporteur.Several embodiments of the invention are illustrated below with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a schematic representation of a concentration and drying installation for implementing the method according to the invention and installation in which the heat transfer fluid consists of the liquid resulting from the washing with water of the gas hot and humid drying from the drying unit, the calories taken from this heat transfer fluid being transferred to the liquid product to be treated in this installation,
- Figure 2 is a schematic representation of an installation of the mechanical vapor compression evaporator type for the implementation of the method according to the invention, installation in which the calories taken from the heat transfer fluid are introduced at the suction of the evaporator compressor,
- Figures 3 to 7 illustrate different methods of removing calories from the heat transfer fluid.
L'installation objet de la figure 1 comprend de manière connue en soi une unité d'évaporation qui comprend à titre d'exemple un évaporateur à multiple effet, par exemple à double effet, dans lequel un produit liquide à concentrer tel que du lait par exemple, est évaporé en deux stades successifs. The installation object of FIG. 1 comprises in a manner known per se an evaporation unit which comprises, for example, a multiple-effect evaporator, for example a double-effect one, in which a liquid product to be concentrated such as milk by example, is evaporated in two successive stages.
Plus précisément, cet évaporateur comprend deux effets 1, 2 constitués chacun par une chambre d'alimentation 3,4 munie d'une arrivée 5, 6 de produit à concentrer, cette chambre étant disposée au dessus et communiquant avec un fais ceau tubulaire 7, 8 vertical lui-neme disposé au-dessus et communiquant avec une chambre d'extraction 9, 10 munie à sa base d'un conduit dtextraction 11, 12 relié à l'aspiration d'une pompe d'extraction 13, 14. Le faisceau tubulaire 7, 8 est disposé dans un corps de chauffe 15, 16 muni d'une arrivée 17, 18 de vapeur de chauffage.Par ailleurs, la chambre d'extraction 9, 10 est pourvue à sa partie haute d'un conduit de vapeur 19, 20 débouchant dans un séparateur vapeur-liquide 21, 22, le séparateur 21 associé à l'effet 1 communiquant par sa partie supérieure avec l'arrivée 18 de vapeur et le séparateur 22 communiquant par sa partie supérieure et via un conduit 23 avec l'aspiration d'un compresseur mécanique 24 dont le refoulement est relié par un conduit 25 à l'arrivée 17 de vapeur.More precisely, this evaporator comprises two effects 1, 2 each consisting of a supply chamber 3, 4 provided with an inlet 5, 6 of product to be concentrated, this chamber being disposed above and communicating with a tubular beam 7, 8 vertical itself arranged above and communicating with an extraction chamber 9, 10 provided at its base with an extraction duct 11, 12 connected to the suction of an extraction pump 13, 14. The bundle tubular 7, 8 is disposed in a heating body 15, 16 provided with an inlet 17, 18 for heating steam. Furthermore, the extraction chamber 9, 10 is provided at its upper part with a steam duct 19, 20 opening into a vapor-liquid separator 21, 22, the separator 21 associated with the effect 1 communicating through its upper part with the steam inlet 18 and the separator 22 communicating through its upper part and via a conduit 23 with the suction of a mechanical compressor 24 whose discharge is connected by a conduit 25 to the arrival of steam 17.
Le produit liquide à concentrer pénètre par l'arrivée 5 dans la chambre d'alimentation 3 de l'effet 1, s'écoule par ruissellement dans le faisceau tubulaire 7 où il subit une première évaporation (premier stade d'évaporation) et se rassemble dans le fond de la chambre d'extraction 9 de laquelle il est extrait au moyen du conduit 11 et de la pompe 13 puis envoyé via le conduit 26 raccordé à l'arrivée 6, dans la chambre d'alimentation 4 du deuxième effet 2. Le produit liquide subit une nouvelle évaporation (deuxième stade d'évaporation) dans l'effet 2 avant d'en être extrait par le conduit 12 et la pompe 14.La vapeur créée par l'évaporation dans l'effet 1 est amenée via le conduit de vapeur 19, le séparateur 21 et l'arrivée 18 dans le corps de chauffe 16 de l'effet 2 où elle est soumise à un échange thermique indirect-avec le produit ruisselant dans les tubes du faisceau tubulaire 8, produit auquel elle cède sa chaleur latente de vaporisation en se condensant pour former des condensats, le transfert de cette chaleur latente provoquant l'évaporation partielle du produit liquide à concentrer. La vapeur produite par l'évaporation dans l'effet 2 est quant à elle aspirée, via le conduit 20, le séparateur 22 et le conduit 23, par le compresseur 24 où elle est comprimée jusqu'à une pression correspondant à la température régnant dans le corps de chauffe 15 avant d'être amenée dans'ce dernier par le conduit 25 et l'arrivée 17.La vapeur ainsi comprimée est soumise à un échange thermique indirect avec le produit liquide ruisselant dans les tubes du faisceau tubulaire 7, produit auquel elle cède sa chaleur latente de vaporisation en se condensant pour donner des condensats. The liquid product to be concentrated penetrates via the inlet 5 into the supply chamber 3 of effect 1, flows by trickling into the tubular bundle 7 where it undergoes a first evaporation (first stage of evaporation) and collects in the bottom of the extraction chamber 9 from which it is extracted by means of the conduit 11 and the pump 13 then sent via the conduit 26 connected to the inlet 6, in the supply chamber 4 of the second effect 2. The liquid product undergoes a new evaporation (second stage of evaporation) in effect 2 before being extracted from it by the conduit 12 and the pump 14. The vapor created by the evaporation in effect 1 is supplied via the steam duct 19, the separator 21 and the inlet 18 in the heating body 16 of effect 2 where it is subjected to an indirect heat exchange-with the product flowing in the tubes of the tube bundle 8, product to which it yields its latent heat of vaporization by condensing to form condensates, the transfer of this latent heat causing the partial evaporation of the liquid product to be concentrated. The vapor produced by evaporation in effect 2 is sucked, via line 20, separator 22 and line 23, by compressor 24 where it is compressed to a pressure corresponding to the temperature prevailing in the heating body 15 before being brought into the latter by the conduit 25 and the inlet 17. The vapor thus compressed is subjected to an indirect heat exchange with the liquid product flowing in the tubes of the tube bundle 7, product to which it gives up its latent heat of vaporization by condensing to give condensates.
Conformément à l'invention, on prélève des calories sur un fluide caloporteur et on soumet les calories ainsi prélevées à l'action d'une ou plusieurs compressions successives, l'une de ces compressions étant celles mises en oeuvre dans l'unité de concentration qui vient d'être décrite. Dans le cas de la figure 1, ce fluide caloporteur est constitué par un gaz. Différentes possibilités existent pour prélever des calories sur ce gaz caloporteur. Comme le montre la figure 1, ce gaz est amené par le conduit 27 dans un laveur 28 pourvu à sa partie haute d'une arrivée 29 de liquide vaporisable, de l'eau par exemple ; cette eau absorbe les calories du gaz, le gaz refroidi résultant étant évacué du laveur 28 par un conduit 30.Quant à l'eau chaude ainsi obtenue, elle constitue un liquide caloporteur que l'on soumet à plusieurs détentes successives, par exemple deux, dans des caisses de détente 31, 32. Plus précisément, l'eau chaude est amenée par une pompe 33 et un conduit 34 terminé par un moyen de pulvérisation, dans la caisse 31 où elle subit une première détente, la vapeur libérée étant évacuée par un conduit 35. L'eau résultante est ensuite amenée via un conduit 36, également terminé par un moyen de pulvérisation, dans la caisse 32 où elle subit une deuxième détente, la vapeur libérée par cette détente étant évacuée par un conduit 37.Conformément à l'invention, on soumet la vapeur produite par au moins une des détentes, celle produite dans la caisse 32, dans l'exemple choisi, à une compression dans l'éjecto-compresseur 38 en reliant le conduit 37 à l'aspiration de cet éjecto-compresseur alimenté en vapeur motrice par le conduit 39. La vapeur issue du refoulement de l'éjecto- compresseur est ensuite soumise, toujours conformément à l'invention, à un échange thermique indirect avec le produit liquide à concentrer dans l'unité de concentration, ledit refoulement étant relié par un conduit 40 à l'entrée du premier circuit d'un échangeur de chaleur par surface 41 dont le second circuit est alimenté par l'entrée 42 en produit liquide à concentrer.Ce dernier se trouve ainsi réchauffé et est ensuite amené de la sortie 43 de ce second circuit via le conduit 44 relié à l'arrivée 5 de l'effet 1 de l'évaporateur décrit précédemment. Les calories prélevées sur le gaz caloporteur se retrouvent donc finalement dans le produit liquide à concentrer et par suite dans la vapeur d'évaporation créée dans l'effet 2. Ces calories sont de ce fait soumises à l'effet du compresseur 24 et leur niveau thermique se trouve ainsi relevé jusqu'au niveau thermique le plus élevé régnant dans l'évaporateur. In accordance with the invention, calories are taken from a heat transfer fluid and the calories thus taken are subjected to the action of one or more successive compressions, one of these compressions being those implemented in the concentration unit which has just been described. In the case of Figure 1, this heat transfer fluid consists of a gas. Different possibilities exist for taking calories from this heat transfer gas. As shown in FIG. 1, this gas is brought via line 27 into a washer 28 provided at its upper part with an inlet 29 of vaporizable liquid, water for example; this water absorbs the calories from the gas, the resulting cooled gas being evacuated from the washer 28 by a conduit 30. As for the hot water thus obtained, it constitutes a heat-transfer liquid which is subjected to several successive expansion, for example two, in expansion boxes 31, 32. More precisely, the hot water is supplied by a pump 33 and a conduit 34 terminated by a spraying means, in the box 31 where it undergoes a first expansion, the released vapor being evacuated by a conduit 35. The resulting water is then brought via a conduit 36, also terminated by spraying means, into the box 32 where it undergoes a second expansion, the vapor released by this expansion being discharged through a conduit 37. the invention, the steam produced by at least one of the detents, that produced in the box 32, in the example chosen, is subjected to compression in the ejector-compressor 38 by connecting the duct 37 to the suction of this powered ejector-compressor in driving vapor through line 39. The vapor from the discharge of the ejector-compressor is then subjected, still in accordance with the invention, to an indirect heat exchange with the liquid product to be concentrated in the concentration unit, said discharge being connected by a conduit 40 to the inlet of the first circuit of a surface heat exchanger 41, the second circuit of which is supplied by the inlet 42 with liquid product to be concentrated. The latter is thus heated and is then brought from the output 43 of this second circuit via the conduit 44 connected to the inlet 5 of effect 1 of the evaporator described above. The calories taken from the heat transfer gas are therefore finally found in the liquid product to be concentrated and consequently in the evaporation vapor created in effect 2. These calories are therefore subject to the effect of the compressor 24 and their level thermal is thus raised to the highest thermal level prevailing in the evaporator.
Conformément à l'invention, on prélève ensuite des calories sur ledit évaporateur en un point où le niveau thermique est supérieur à celui des calories du gaz caloporteur et on transfère les calories ainsi prélevées à un fluide que l'on désire réchauffer. Ce fluide peut par exemple être constitué par de l'eau ou comme on le verra ci-après, par un gaz destiné à être mis en oeuvre dans un unité de séchage. Comme le montre plus précisément la figure 1, on prélève une partie de la vapeur refoulée par le compresseur 24, vapeur qui est donc au niveau thermique le plus élevé de l'installation d'évaporation, les calories contenues dans cette vapeur étant transférées au gaz de séchage d'une unité de séchage. According to the invention, calories are then taken from said evaporator at a point where the thermal level is higher than that of the calories of the heat-transfer gas and the calories thus taken are transferred to a fluid which it is desired to heat. This fluid can for example consist of water or, as will be seen below, by a gas intended to be used in a drying unit. As shown more precisely in FIG. 1, part of the vapor discharged by the compressor 24 is taken, vapor which is therefore at the highest thermal level of the evaporation installation, the calories contained in this vapor being transferred to the gas of a drying unit.
Dans cette unité, un gaz de séchage (de l'air par exemple) est amené à l'entrée 45 du premier circuit d'un échangeur de chaleur par surface 46, l'entrée 47 du second circuit de cet échangeur étant alimentée par la vapeur prélevée sur le conduit 25 de l'unité d'évaporation. Dans l'échangeur 45, ladite vapeur prélevée cède sa chaleur latente de vaporisation au gaz de sécha- ge et se condense, les condensats étant évacués du second circuit de l'échangeur 46 par la sortie 48.Quant au gaz ainsi préchauffé et issu du premier circuit dudit échangeur, il est amené à sa température finale désirée dans un réchauffeur 49 où il est amené à la température finale appropriée pour le séchage, avant d'être introduit dans une enceinte de séchage 50 alimentée par une arrivée 51 en produit à sécher qui pourra notamment être constitué par le produit liquide concentré issu de l'effet 2 de l'unité de concentration. Le produit séché est extrait à la base de l'enceinte 50 par des moyens d'extraction 52 le gaz de séchage chargé de vapeur du solvant ou diluant du produit à sécher est pour sa part évacué vers un séparateur 53 où il est débarrassé du produit séché éventuellement entraîné.Le gaz résultant éventuellement mélangé aux gaz créés dans le réchauffeur 49 (gaz chauds issus d'un réchauffeur dans lequel il y a combustion d'un combustible et transfert de calories dégagées par cette combustion au gaz de séchage) est ensuite utilisé comme fluide caloporteur, le niveau thermique des calories de ce fluide étant destiné à être relevé dans l'unité de concentration. Ce gaz est donc amené par le conduit 27 dans le laveur 28. In this unit, a drying gas (air for example) is supplied to the inlet 45 of the first circuit of a surface heat exchanger 46, the inlet 47 of the second circuit of this exchanger being supplied by the steam taken from line 25 of the evaporation unit. In the exchanger 45, said withdrawn steam gives up its latent heat of vaporization to the drying gas and condenses, the condensates being discharged from the second circuit of the exchanger 46 by the outlet 48. As for the gas thus preheated and coming from the first circuit of said exchanger, it is brought to its desired final temperature in a heater 49 where it is brought to the appropriate final temperature for drying, before being introduced into a drying enclosure 50 supplied with an inlet 51 of product to be dried which may in particular be constituted by the concentrated liquid product resulting from effect 2 of the concentration unit. The dried product is extracted at the base of the enclosure 50 by extraction means 52 the drying gas charged with vapor of the solvent or diluent of the product to be dried is for its part discharged to a separator 53 where it is freed from the product The resulting gas may be mixed with the gases created in the heater 49 (hot gases from a heater in which there is combustion of a fuel and transfer of calories released by this combustion to the drying gas) is then used. as heat transfer fluid, the thermal level of the calories of this fluid being intended to be raised in the concentration unit. This gas is therefore brought through line 27 into washer 28.
Il est à noter que la vapeur prélevée sur l'unité d'évaporation (sur le conduit 25) peutetre soumise, avant son échange thermique dans l'échan- geur 46, à une compression (dans un compresseur mécanique ou un éjecto-compresseur) de manière à disposer d'une vapeur encore plus chaude pour le préchauffage des gaz de séchage. Il est possible également de réaliser les opérations illustrées par la figure 1 et de soumettre en outre le gaz de séchage issu de l'échangeur 46 à un échange thermique supplémentaire également au moyen de vapeur prélevée sur l'unité d'évaporation (par exemple sur le conduit 25) mais dont le niveau thermique aura préalablement été relevé au moyen d'un compres seur mécanique de vapeur ou par un éjecto-compresseur de vapeur, le gaz de séchage étant ainsi préchauffé progressivement en deux stades successifs. It should be noted that the vapor taken from the evaporation unit (on the conduit 25) may be subjected, before its heat exchange in the exchanger 46, to compression (in a mechanical compressor or an ejector-compressor) so as to have an even hotter steam for preheating the drying gases. It is also possible to carry out the operations illustrated in FIG. 1 and to further subject the drying gas coming from the exchanger 46 to an additional heat exchange also by means of steam taken from the evaporation unit (for example on duct 25) but the thermal level of which has been previously raised by means of a mechanical steam compressor or by a steam ejector, the drying gas thus being gradually preheated in two successive stages.
Au lieu de soumettre la vapeur créée par détente du liquide caloporteur, à un échange thermique indirect avec le produit liquide à concentrer, il est possible également, dans le cas où ledit liquide caloporteur est de meme nature que le solvant ou le diluant du produit liquide à concentrer, d'amener cette vapeur, après compression éventuelle, directement dans le cycle de concentration de l'unité d'évaporation. Cette variante est illustrée par la figure 2 qui représente une installation comprenant une unité d'évaporation en tous points identique à celle de la figure 1. Comme le montre cette figure 2, le liquide caloporteur est soumis, comme dans la figure 1, à deux détentes successives dans les caisses de détente 31, 32.La vapeur de détente créée dans la caisse 31 est comprimée jusqu'à atteindre la pression correspondant à la température de la vapeur de chauffage de l'effet 2 et celle créée dans la caisse 32 est comprimée jusqu'à atteindre la pression correspondant à la température de la vapeur d'évaporation créée dans l'effet 2.Plus précisément, on relie les conduits 35, 37 respectivement à l'aspiration d'un compresseur 54, 55 (éjecto-compresseur dans le cas de la figure 2) alimenté en vapeur motrice par un conduit 56, 57, le refoulement du compresseur 54 étant relié par le conduit 58 à l'arrivée 18 de vapeur de chauffage de l'effet 2 et le refoulement du compresseur 55 étant relié par le conduit 59 au conduit 23. Cornme dans le cas de la figure 1, le niveau thermique des calories prélevées sur le liquide caloporteur se trouve ainsi relevé jusqu'au niveau thermique le plus élevé de l'unité d'évaporation. Une variante du mode de réalisation illustré par la figure 2 est illustrée par la figure 3 où le liquide caloporteur est soumis à trois détentes successives dans les caisses de détente 60, 61, 62 reliées en série par les conduits 63, 64.La vapeur créée dans la dernière caisse de détente 62 est comprimée par un compresseur 65 jusqu'à atteindre la pression régnant dans la caisse précédente 61, puis mélangée à la vapeur de détente créée dans cette dernière. Le mélange résultant est comprimé par un compresseur 66 jusqu la pression régnant dans la première caisse de détente 60, puis mélangée à la vapeur de détente créée dans cette dernière. Dans le cas illustré par la figure 3, la pression de détente dans la caisse 60 correspond à la ten- pèrature de la vapeur d'évaporation créée dans l'effet et le mélange de vapeur disponible peut être amené directement par le conduit 67 dans le conduit 23. Instead of subjecting the vapor created by expansion of the heat transfer liquid to an indirect heat exchange with the liquid product to be concentrated, it is also possible, in the case where said heat transfer liquid is of the same nature as the solvent or diluent of the liquid product. to concentrate, to bring this vapor, after possible compression, directly into the concentration cycle of the evaporation unit. This variant is illustrated by FIG. 2 which represents an installation comprising an evaporation unit in all points identical to that of FIG. 1. As shown in this FIG. 2, the heat transfer liquid is subjected, as in FIG. 1, to two successive detents in the expansion boxes 31, 32. The expansion steam created in the box 31 is compressed until it reaches the pressure corresponding to the temperature of the heating steam of effect 2 and that created in the box 32 is compressed until reaching the pressure corresponding to the temperature of the evaporation vapor created in effect 2. More specifically, the conduits 35, 37 are connected respectively to the suction of a compressor 54, 55 (ejector-compressor in the case of FIG. 2) supplied with driving steam by a duct 56, 57, the discharge of the compressor 54 being connected by the duct 58 to the inlet 18 for heating steam of effect 2 and the discharge of the compressor 55 being connected by the co nduit 59 to conduit 23. As in FIG. 1, the thermal level of the calories taken from the heat transfer liquid is thus raised to the highest thermal level of the evaporation unit. A variant of the embodiment illustrated in Figure 2 is illustrated in Figure 3 where the heat transfer liquid is subjected to three successive detents in the expansion boxes 60, 61, 62 connected in series by the conduits 63, 64. in the last expansion tank 62 is compressed by a compressor 65 until the pressure prevailing in the previous tank 61 is reached, then mixed with the expansion steam created in the latter. The resulting mixture is compressed by a compressor 66 to the pressure prevailing in the first expansion tank 60, then mixed with the expansion steam created in the latter. In the case illustrated in FIG. 3, the expansion pressure in the box 60 corresponds to the temperature of the evaporation vapor created in the effect and the mixture of available vapor can be brought directly through the conduit 67 into the conduit 23.
Il existe différents autres modes de prélèvement des calories sur le fluide caloporteur, certains de ces modes étant illustrés par les figures 4 à 7. There are different other methods of removing calories from the heat transfer fluid, some of these modes being illustrated in FIGS. 4 to 7.
Dans le cas de la figure 4, le fluide caloporteur (gaz ou liquide) est soumis à deux échanges thermiques indirects avec un liquide vaporisable, de l'eau par exemple. Plus précisément, ce fluide est amené par un conduit 68 dans une enceinte 69, puis de cette dernière par un conduit 70 dans une enceinte 71 avant d'être évacué de cette dernière par un conduit 72. Par ailleurs, dans les enceintes 69, 71 sont disposés respectivement des serpentins 73, 74. La sortie 75 du serpentin 74 est reliée par un conduit 76 à l'entrée 77 du serpentin 73 dont la sortie 78 est reliée par un conduit 79 à une pre mière caisse de détente 80 reliée par sa base et par un conduit 81 à une seconde caisse de détente 82.La base de cette dernière est pourvue d'un conduit d'extraction 83 aboutissant à l'aspiration d'une pompe d'extraction 84 dont le refoulement est relié par un conduit 85 à l'entrée 86 du serpentin 74. In the case of Figure 4, the heat transfer fluid (gas or liquid) is subjected to two indirect heat exchanges with a vaporizable liquid, water for example. More precisely, this fluid is brought by a conduit 68 into an enclosure 69, then from the latter by a conduit 70 into an enclosure 71 before being evacuated from the latter by a conduit 72. Furthermore, in the enclosures 69, 71 are arranged respectively of the coils 73, 74. The outlet 75 of the coil 74 is connected by a conduit 76 to the inlet 77 of the coil 73 whose outlet 78 is connected by a conduit 79 to a first expansion box 80 connected by its base and by a conduit 81 to a second expansion box 82. The base of the latter is provided with an extraction conduit 83 leading to the suction of an extraction pump 84 whose delivery is connected by a conduit 85 at the entrance 86 of the coil 74.
Dans le circuit fermé ainsi défini, circule de l'eau dans le sens 86-74-75-76 77-73-78-79-80-81-82-83-84-85-86. Cette eau se réchauffe donc progressivement en absorbant les calories du fluide caloporteur qui se refroidit progressivement. L'eau chaude issue de la sortie 78 est ensuite soumise à deux détentes successives dans les caisses 80, 82, la vapeur produite par ces détentes étant évacuée desdites caisses respectivement par les conduits 87, 88. Les calories contenues dans cette vapeur sont ensuite transférées dans l'unité de séchage par exemple comme illustré par les figures 1 à 3. On notera encore que dans le conduit 85 débouche une arrivée 89 d'eau destinée à compenser liteau évacuée sous forme de vapeur de détente.In the closed circuit thus defined, water flows in the direction 86-74-75-76 77-73-78-79-80-81-82-83-84-85-86. This water therefore gradually heats up by absorbing the calories from the heat transfer fluid which gradually cools. The hot water from outlet 78 is then subjected to two successive detents in boxes 80, 82, the steam produced by these detents being evacuated from said cases respectively by conduits 87, 88. The calories contained in this steam are then transferred in the drying unit for example as illustrated in FIGS. 1 to 3. It will also be noted that in the conduit 85 opens an inlet 89 for water intended to compensate for the discharged strip in the form of expansion vapor.
La figure 5 est une variante du système de prélèvement illustré par la figure 4. Cette variante comporte les mêmes moyens que ceux apparaissant sur la figure 4, si ce n'est que la sortie 75 n'est plus reliée à l'arrivée 77, mais à la caisse de détente 82 et que la base de la caisse de détente 80 est pourvue d'un conduit d'extraction 90 aboutissant à l'aspiration d'une pompe d'extraction 91 dont le refoulement est relié par un conduit 92 à l'arrivée 77, ce conduit 92 portant une arrivée d'eau 93 ayant la même fonction que l'arrivée 89. Bien entendu, le mode de fonctionnement de ce système est analogue à celui du système illustré par la figure 4. FIG. 5 is a variant of the sampling system illustrated in FIG. 4. This variant comprises the same means as those appearing in FIG. 4, except that the outlet 75 is no longer connected to the inlet 77, but at the expansion box 82 and that the base of the expansion box 80 is provided with an extraction duct 90 leading to the suction of an extraction pump 91 whose delivery is connected by a duct 92 to the inlet 77, this conduit 92 carrying a water inlet 93 having the same function as the inlet 89. Of course, the operating mode of this system is similar to that of the system illustrated in FIG. 4.
Les figures 6 et 7 illustrent le cas où le prélèvement des calo ries sur le fluide caloporteur est réalisé au moyen d'une pompe à chaleur. Figures 6 and 7 illustrate the case where the removal of heat from the heat transfer fluid is carried out by means of a heat pump.
Cette pompe à chaleur comprend de manière connue en soi, un évaporateur 94 et un condenseur 95 constitués respectivement par exemple par un corps d'évaporation horizontal 96 et un corps de condensation 97 traversés longitudinalement respectivement par un faisceau tubulaire 98, 99 disposé dans une enceinte 100, 101, les faisceaux tubulaires 98, 99 étant pourvus chacun d'une arrivée 102, 103 et d'une sortie 104, 105. La partie supérieure de l'enceinte 100 est par ailleurs reliée par un conduit 106 à l'aspiration d'un compresseur 107 (de préférence mécanique) dont le refoulement est relié par un conduit 108 à l'enceinte 101. La partie basse de cette dernière est en outre reliée à l'enceinte 100 par un conduit 109 pourvu d'un détendeur 110.This heat pump comprises, in a manner known per se, an evaporator 94 and a condenser 95 constituted respectively for example by a horizontal evaporating body 96 and a condensing body 97 traversed longitudinally respectively by a tubular bundle 98, 99 disposed in an enclosure 100, 101, the tubular bundles 98, 99 being each provided with an inlet 102, 103 and an outlet 104, 105. The upper part of the enclosure 100 is moreover connected by a conduit 106 to the suction of a compressor 107 (preferably mechanical), the outlet of which is connected by a conduit 108 to the enclosure 101. The lower part of the latter is also connected to the enclosure 100 by a conduit 109 provided with a regulator 110.
La sortie 105 est reliée par un conduit 111 à un ballon de détente 112 pourvu d'une sortie 113 de vapeur de détente à sa partie haute, d'une arrivée 114 d'eau et d'une sortie 115 à sa partie basse, reliée à l'aspiration d'une pompe 116 dont le refoulement est connecté à l'arrivée 103. L'ensemble 95-105-111-112-115-116-103 forme ainsi un circuit fermé dans lequel circule de l'eau. The outlet 105 is connected by a conduit 111 to an expansion tank 112 provided with an outlet 113 of expansion steam at its upper part, an inlet 114 for water and an outlet 115 at its lower part, connected at the suction of a pump 116 whose delivery is connected to the inlet 103. The assembly 95-105-111-112-115-116-103 thus forms a closed circuit in which water circulates.
Le gaz caloporteur pénétrant dans le faisceau tubulaire 98 par l'arrivée 102 est soumis dans ce faisceau à un échange thermique avec un gaz intermédiaire plus froid contenu dans l'enceinte 100 et qui absorbe des calories du gaz caloporteur. Le gaz intermédiaire est ensuite aspiré par le compresseur 107 puis comprimé par ce dernier pour l'amener à un niveau thermique suffisant pour permettre le transfert des calories qu'il contient dans le cycle d'évaporation, le gaz intermédiaire pouvant avantageusement être choisi (fluide frigorigène par exemple) pour que sa pression de condensation corresponde à ce niveau thermique. Le gaz intermédiaire éventuellement liquéfié ainsi produit cède ensuite sa chaleur latente de vaporisation à l'eau par échange thermique dans le condenseur 95.Le gaz intermédiaire éventuellement liquéfié retourne ensuite par le conduit 109 dans l'enceinte 100 en subissant une détente grâce au détendeur 110, notamment une détente de sa pression de condensation à sa pression d'évaporation. L'eau chaude produite est ensuite amenée dans le ballon de détente 112 où elle subit une détente avant d'être recyclée vers le faisceau tubulaire 99. La vapeur produite par cette détente s'échappe par la sortie 113 et elle est ensuite soumise à un échange thermique indirect avec le produit liquide à concentrer dans l'effet 1 ou l'effet 2, auquel cas la détente est réalisée pour que la vapeur de détente ait une température supérieure à celle de ce produit liquide.Cette vapeur de détente peut également être mélangée à la vapeur d'évaporation créée dans l'effet 1, ou à la vapeur d'évaporation créée dans l'effet 2, après sa compression dans le compresseur 24 ou avant sa compression comme le montre la figure 2 ou 3, la détente étant réalisée de manière à ce que la vapeur de détente ait la même température que la vapeur à laquelle elle est mélangée. Dans tous les cas, les calories véhiculées par ladite vapeur de détente se retrouvent dans le compresseur 24 où leur niveau thermique est amené à la valeur la plus élevée du cycle de concentration. The heat transfer gas entering the tube bundle 98 through the inlet 102 is subjected in this bundle to a heat exchange with a cooler intermediate gas contained in the enclosure 100 and which absorbs calories from the heat transfer gas. The intermediate gas is then sucked in by the compressor 107 and then compressed by the latter to bring it to a sufficient thermal level to allow the transfer of the calories that it contains in the evaporation cycle, the intermediate gas advantageously being able to be chosen (fluid refrigerant for example) so that its condensing pressure corresponds to this thermal level. The intermediate gas possibly liquefied thus produced then gives up its latent heat of vaporization to water by heat exchange in the condenser 95. The intermediate gas possibly liquefied then returns via the conduit 109 in the enclosure 100 undergoing expansion by means of the regulator 110 , in particular a relaxation of its condensation pressure to its evaporation pressure. The hot water produced is then brought into the expansion tank 112 where it undergoes expansion before being recycled to the tubular bundle 99. The steam produced by this expansion escapes through the outlet 113 and it is then subjected to a indirect heat exchange with the liquid product to be concentrated in effect 1 or effect 2, in which case the expansion is carried out so that the expansion vapor has a temperature higher than that of this liquid product. This expansion vapor can also be mixed with the evaporation vapor created in effect 1, or with the evaporation vapor created in effect 2, after its compression in the compressor 24 or before its compression as shown in FIG. 2 or 3, the expansion being produced so that the expansion vapor has the same temperature as the vapor with which it is mixed. In all cases, the calories conveyed by said expansion vapor are found in the compressor 24 where their thermal level is brought to the highest value of the concentration cycle.
Bien entendu, le circuit fermé défini ci-dessus pourrait être remplacé par un circuit ouvert ; en outre, on pourrait en variante supprimer le ballon de détente 112 et se servir directement de l'eau réchauffée issue du condenseur 95 comme moyen de transfert de calories vers le cycle d'évaporation, par exemple en la soumettant à un échange thermique avec le produit liquide moins chaud destiné à être concentré dans l'effet 1 ou 2. Of course, the closed circuit defined above could be replaced by an open circuit; in addition, it could alternatively remove the flash tank 112 and use directly the heated water from the condenser 95 as a means of transferring calories to the evaporation cycle, for example by subjecting it to a heat exchange with the Less hot liquid product intended to be concentrated in effect 1 or 2.
La figure 7 illustre le cas où l'arrivée 103 de la pompe à chaleur conforme à la figure 6 est alimentée en produit liquide à concentrer. Figure 7 illustrates the case where the inlet 103 of the heat pump according to Figure 6 is supplied with liquid product to be concentrated.
Il pourra s'agir par exemple du produit à concentrer dans l'effet 1 ou l'ef- fet 2 de l'unité d'évaporation objet de la figure 1, la sortie 105 étant reliée dans le premier cas à l'arrivée 5 de l'effet 1 et dans le deuxième cas à l'arrivée 6 de l'effet 2 et la compression dans le compresseur 107 étant alors réalisée pour que ledit gaz intermédiaire comprimé éventuellement liquéfié soit à une température supérieure audit produit liquide. It could for example be the product to be concentrated in effect 1 or effect 2 of the evaporation unit object of FIG. 1, the outlet 105 being connected in the first case to the inlet 5 of effect 1 and in the second case on arrival 6 of effect 2 and the compression in the compressor 107 is then carried out so that said compressed intermediate gas possibly liquefied is at a temperature higher than said liquid product.
Claims (28)
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|---|---|---|---|
| FR8320919A FR2557470B1 (en) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | METHOD FOR HEATING A FLUID BY IMPLEMENTING LOW THERMAL LEVEL CALORIES CONTAINED IN A HEAT GUIDE |
| EP84401476A EP0133095A1 (en) | 1983-07-13 | 1984-07-12 | Process for raising the heat level of the calories present in a fluid, and use of the resultant calories for heating a fluid |
| ES534322A ES534322A0 (en) | 1983-07-13 | 1984-07-13 | PROCEDURE TO RAISE THE THERMAL LEVEL OF THE CALORIES CONTAINED IN A HEATING FLUID |
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|---|---|---|---|
| FR8320919A FR2557470B1 (en) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | METHOD FOR HEATING A FLUID BY IMPLEMENTING LOW THERMAL LEVEL CALORIES CONTAINED IN A HEAT GUIDE |
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ID=9295649
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|---|---|---|---|
| FR8320919A Expired FR2557470B1 (en) | 1983-07-13 | 1983-12-28 | METHOD FOR HEATING A FLUID BY IMPLEMENTING LOW THERMAL LEVEL CALORIES CONTAINED IN A HEAT GUIDE |
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| Country | Link |
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| FR (1) | FR2557470B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4247371A (en) * | 1966-03-15 | 1981-01-27 | Roller Paul S | Precipitating scale-forming compounds from water, and forming fresh water |
| US4357214A (en) * | 1980-02-08 | 1982-11-02 | Occidental Research Corporation | Use of geothermal heat to recover alcohol and other valuable products |
| FR2505667A1 (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-19 | Laguilharre Sa | Evapn. process with interstage compression producing milk prods. etc. - balances vapour flow for single size of compressor at each compression stage |
-
1983
- 1983-12-28 FR FR8320919A patent/FR2557470B1/en not_active Expired
Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2557470B1 (en) | 1989-05-05 |
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