FR2673851A1

FR2673851A1 - Improvements to evaporators

Info

Publication number: FR2673851A1
Application number: FR9103015A
Authority: FR
Inventors: Patacq Marc
Original assignee: FCB
Current assignee: FCB
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-09-18
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: FR2673851B1

Abstract

Evaporator consisting of a cylindrical enclosure, with a vertical axis, comprising, in its lower part, a bundle of vertical tubes (16) whose ends are fastened in a leakproof manner in holes of two horizontal plates (18, 20) and means (32, 34) for allowing entry of a liquid to be concentrated under the lower plate of the tube bundle and, above the upper plate of the bundle, at least one opening for the discharge of the concentrated liquid, the upper part of the enclosure forming a chamber (26) provided with an exit (30) for the vapour produced. To reduce the cost of the apparatus and to reduce the retention time of the liquid in the evaporator, the latter is provided with an annular manifold (38) external to the enclosure (10) and communicating with the interior of the enclosure through a plurality of openings (36) cut in the enclosure.

Description

La présente invention concerne les évaporateurs constitués par une enveloppe cylindrique, à section circulaire et à axe vertical, qui comporte, dans sa partie inférieure, un faisceau de tubes verticaux dont les extrémités sont fixées,de manière étanche dans des trous de deux plaques horizontales dont le bord est fixé de manière étanche à l'enveloppe pour former une première chambre munie d'une entrée de vapeur et dont la partie supérieure constitue une seconde chambre ou la vapeur produite est collectée et qui est munie d'une sortie, le fond de l'enveloppe et la plaque inférieure du faisceau formant une chambre d'admission et de répartition du liquide à concentrer. The present invention relates to evaporators constituted by a cylindrical casing, of circular section and with vertical axis, which comprises, in its lower part, a bundle of vertical tubes whose ends are fixed, in a sealed manner in holes of two horizontal plates of which the edge is tightly fixed to the envelope to form a first chamber provided with a steam inlet and the upper part of which constitutes a second chamber where the steam produced is collected and which is provided with an outlet, the bottom of the envelope and the lower plate of the bundle forming an inlet and distribution chamber for the liquid to be concentrated.

Dans les évaporateurs de ce type, le liquide à concentrer est admis dans les tubes par leur extrémité inférieure et circule de bas en haut dans ces derniers par suite de ltébullition qui s'y produit, grâce à la chaleur cédée par la vapeur admise dans la première chambre et se condensant sur la surface extérieure des tubes. Arrivé à l'extrémité supérieure des tubes, le liquide émulsionné par les bulles de vapeur produites déborde sur la plaque supérieure tandis que la vapeur s'en dégage et est collectée dans la seconde chambre.Pour diminuer la pression hydrostatique dans les tubes et, par conséquent, la pression et la température de la vapeur de chauffage, on s'est efforcé, dans les appareils connus, de réduire autant que possible la hauteur du liquide au-dessus de la plaque supérieure du faisceau de tubes en l'évacuant vers un puits central ou un collecteur annulaire dont le bord affleure la face supérieure de la plaque. In evaporators of this type, the liquid to be concentrated is admitted into the tubes by their lower end and circulates from bottom to top in the latter as a result of the boiling which takes place there, thanks to the heat given off by the vapor admitted into the first chamber and condensing on the outside surface of the tubes. Arrived at the upper end of the tubes, the liquid emulsified by the bubbles of vapor produced overflows on the upper plate while the vapor is released and is collected in the second chamber.To reduce the hydrostatic pressure in the tubes and, by Consequently, the pressure and the temperature of the heating vapor, attempts have been made, in known devices, to reduce as much as possible the height of the liquid above the upper plate of the bundle of tubes by discharging it towards a central well or an annular collector whose edge is flush with the upper face of the plate.

La disposition d'un puits central à l'intérieur du faisceau oblige à augmenter le diamètre du faisceau et, par conséquent. de l'enveloppe pour conserver la même surface d'échange thermique ce qui conduit à augmenter le coût de l'appareil. The arrangement of a central well inside the beam requires increasing the diameter of the beam and, consequently. of the envelope to keep the same heat exchange surface which leads to increasing the cost of the device.

Dans les appareils à collecteur annulaire connus, la partie supérieure de l'enveloppe a un diamètre nettement supérieur à celui de la partie inférieure et sa base entoure le haut de cette dernière pour délimiter le collecteur dont le fond est constitué par un anneau soudé sur les deux parties de l'enveloppe. Cette solution est aussi coûteuse que la précédente. Par ailleurs, les nécessités de la fabrication obligent à donner au collecteur un volume relativement important d'où résulte une augmentation du temps de rétention du liquide dans l'évaporateur qui peut avoir des inconvénients pour certaines applications notamment, en sucrerie, une augmentation de la coloration des Jus sucrés néfaste pour la fabrication du sucre. In devices with known annular collector, the upper part of the casing has a diameter significantly greater than that of the lower part and its base surrounds the top of the latter to delimit the collector, the bottom of which consists of a ring welded to two parts of the envelope. This solution is as expensive as the previous one. Furthermore, the necessities of manufacture make it necessary to give the collector a relatively large volume, from which results an increase in the retention time of the liquid in the evaporator which may have drawbacks for certain applications, in particular in sugar refinery, an increase in the coloring of sugary juices harmful for the manufacture of sugar.

Le but de la présente invention est de conserver les avantages des appareils à collecteur annulaire sans avoir à augmenter le diamètre de l'enveloppe au-delà de la valeur minimale correspondant au diamètre du faisceau de tubes et de permettre la réduction du volume du collecteur à la valeur minimale nécessaire à la bonne marche des systèmes de régulation de niveau dont ces évaporateurs sont équipés. The object of the present invention is to preserve the advantages of devices with an annular collector without having to increase the diameter of the envelope beyond the minimum value corresponding to the diameter of the bundle of tubes and to allow the volume of the collector to be reduced. the minimum value necessary for the proper functioning of the level control systems with which these evaporators are fitted.

L'évaporateur objet de l'invention est caractérisé en ce que le collecteur annulaire est extérieur à l'enveloppe et communique avec l'espace intérieur de l'enveloppe situé juste au-dessus de la plaque supérieure du faisceau de tubes par des ouvertures percées dans l'enveloppe et éventuellement par des canaux reliant le collecteur aux dites ouvertures. Le collecteur pourra être constitué par un anneau à section en
U, ouvert vers l'intérieur et dont les bords seront fixés, par exemple par soudage, sur l'enveloppe. Il pourra aussi être constitué par un anneau tubulaire relié à l'enveloppe par une pluralité de tubes. De préférence, le fond du collecteur sera situé au-dessous du plan de la face supérieure de la plaque supérieure du faisceau de tubes et, le cas échéant, les tubes seront inclinés vers le bas, de enveloppe vers le collecteur.The evaporator which is the subject of the invention is characterized in that the annular collector is outside the casing and communicates with the interior space of the casing situated just above the upper plate of the bundle of tubes by pierced openings in the envelope and possibly by channels connecting the collector to said openings. The collector may be constituted by a ring with a section in
U, open towards the inside and the edges of which will be fixed, for example by welding, on the envelope. It may also be constituted by a tubular ring connected to the envelope by a plurality of tubes. Preferably, the bottom of the collector will be located below the plane of the upper face of the upper plate of the tube bundle and, if necessary, the tubes will be inclined downward, from the envelope towards the collector.

La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, deux formes de réalisation de l'invention et sur lesquels
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un évaporateur conforme à l'invention; et
La figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant une autre forme de réalisation.The following description refers to the accompanying drawings which show, by way of non-limiting example, two embodiments of the invention and in which
Figure 1 is a vertical sectional view of an evaporator according to the invention; and
Figure 2 is a view similar to Figure 1 showing another embodiment.

Les évaporateurs représentés sur les dessins sont constitués par une enveloppe cylindrique 10, à section circulaire et à axe vertical, fermée à ses deux extrémités par des fonds 12 et 14. Un faisceau de tubes verticaux 16 est placé à l'intérieur de l'enveloppe, dans sa partie inférieure; un seul de ces tubes a été représenté sur les dessins pour les rendre plus clairs. Les extrémités de ces tubes sont fixées, de manière étanche, dans des trous percés dans deux plaques horizontales 18 et 20 dont le bord est fixé de manière étanche à l'enveloppe de façon à former, avec celle-ci, une chambre 22 dans laquelle la vapeur de chauffage est admise par une entrée 24. The evaporators shown in the drawings consist of a cylindrical casing 10, of circular section and with a vertical axis, closed at its two ends by bottoms 12 and 14. A bundle of vertical tubes 16 is placed inside the casing , in its lower part; only one of these tubes has been shown in the drawings to make them clearer. The ends of these tubes are fixed, in a sealed manner, in holes drilled in two horizontal plates 18 and 20, the edge of which is fixed in sealed manner to the envelope so as to form, with the latter, a chamber 22 in which heating steam is admitted through an inlet 24.

La partie supérieure de l'enveloppe forme une chambre 26, appelée calandre, dans laquelle la vapeur produite est collectée. Cette chambre contient, dans sa partie supérieure, un séparateur 28 où la vapeur est débarrassée des gouttelettes qu'elle a entrainées, avant d'être évacuée par une sortie 30. The upper part of the envelope forms a chamber 26, called a calender, in which the vapor produced is collected. This chamber contains, in its upper part, a separator 28 where the vapor is rid of the droplets which it has entrained, before being evacuated by an outlet 30.

Le liquide à concentrer est admis sous le faisceau de tubes, dans l'espace fermé ménagé entre la plaque 20 et le fond 1ê1 par une entrée 32 et un distributeur 34. The liquid to be concentrated is admitted under the bundle of tubes, into the closed space provided between the plate 20 and the bottom 11 through an inlet 32 and a distributor 34.

L'alimentation du liquide est réglée de telle sorte que la hauteur hydrostatique du liquide dans les tubes soit suffisante pour permettre à l'émulsion liquide-vapeur produite par l'ébullition de s'élever jusqu'à l'extrémité supérieure des tubes. A ce niveau, la vapeur se dégage de l'émulsion, traverse la calandre 26 et, après avoir été débarrassée des gouttelettes de liquide, est évacuée par la sortie 30.The liquid supply is adjusted so that the hydrostatic height of the liquid in the tubes is sufficient to allow the liquid-vapor emulsion produced by boiling to rise to the upper end of the tubes. At this level, the steam is released from the emulsion, passes through the calender 26 and, after having been freed from the droplets of liquid, is evacuated by the outlet 30.

Le liquide débordant des tubes 16 s'écoule sur la plaque 18, vers sa périphérie, est évacué à travers une série d'ouvertures 36 découpées dans l'enveloppe 10 et régulièrement réparties sur sa périphérie et est recueilli dans un collecteur 38 entourant l'enveloppe. Le bord inférieur des ouvertures 36 est situé au niveau du plan de la face supérieure de la plaque 18. The liquid overflowing from the tubes 16 flows on the plate 18, towards its periphery, is evacuated through a series of openings 36 cut in the envelope 10 and regularly distributed over its periphery and is collected in a collector 38 surrounding the envelope. The lower edge of the openings 36 is situated at the plane of the upper face of the plate 18.

Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, le collecteur est constitué par un anneau dont la section droite a la forme d'un U couché et dont l'ouverture est tournée vers l'axe de l'anneau; les bords de l'anneau sont fixes, par exemple par soudage, sur l'enveloppe 10. Le fond du collecteur est situé nettement au-dessous du plan de la face supérieure de la plaque 18 et le niveau du liquide dans le collecteur est maintenu, par un régulateur, au-dessous de ce plan. In the embodiment shown in Figure 1, the collector consists of a ring whose cross section has the shape of a lying U and whose opening is turned towards the axis of the ring; the edges of the ring are fixed, for example by welding, on the casing 10. The bottom of the collector is situated clearly below the plane of the upper face of the plate 18 and the level of the liquid in the collector is maintained , by a regulator, below this plan.

Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, le collecteur est constitué par un anneau tubulaire qui est relié à l'enveloppe 10 par une série de tubes 40 inclinés vers le bas, de l'enveloppe vers le collecteur, et raccordés au bord des ouvertures 36. In the embodiment shown in FIG. 2, the collector consists of a tubular ring which is connected to the casing 10 by a series of tubes 40 inclined downwards, from the casing to the collector, and connected to the edge openings 36.

D'autres formes de réalisation du collecteur pourraient évidemment être utilisées. sans sortir du cadre de l'invention. Other embodiments of the collector could obviously be used. without departing from the scope of the invention.

L'invention permet de limiter le volume du collecteur au strict minimum nécessaire à la bonne marche du système de régulation de niveau équipant l'évaporateur et, par conséquent, de réduire ce volume en bénéficiant de l'amélioration des performances de ces systèmes obtenues ces dernières années et éventuellement des améliorations futures. The invention makes it possible to limit the volume of the collector to the strict minimum necessary for the proper functioning of the level control system fitted to the evaporator and, consequently, to reduce this volume by benefiting from the improvement in the performance of these systems obtained these past years and possibly future improvements.

En sucrerie, où les temps de rétention relativement importants des évaporateurs classiques sont responsables de prises de coloration des jus, surtout dans les derniers effets ou les sirops sont concentrés et les débits plus faibles, l'invention permettra d'ajuster le volume du collecteur au débit de l'appareil et, par conséquent, de réduire dans tous les cas le temps de rétention à une valeur minimale. In sugar refineries, where the relatively long retention times of conventional evaporators are responsible for the coloring of the juices, especially in the last effects where the syrups are concentrated and the flow rates are lower, the invention will make it possible to adjust the volume of the collector to device flow rate and, therefore, in all cases reduce the retention time to a minimum value.

Claims

1. Evaporator consisting of a cylindrical casing, with a vertical axis, comprising, in its lower part, a bundle of vertical tubes, the ends of which are fixed in a sealed manner in the holes of two horizontal plates, the edge of which is fixed in a sealed manner to the 'envelope to form a first chamber provided with a vapor inlet and means for admitting a liquid to be concentrated under the lower plate of the tube bundle and, above the upper plate of the bundle, at least one opening for the evacuation of the concentrated liquid, the upper part of the envelope forming a second chamber provided with an outlet for the vapor produced, characterized in that it comprises an annular collector (38) external to the envelope (10) and communicating with the interior of the envelope by a plurality of openings (36) cut in the envelope.

2. Evaporator according to claim 1, characterized in that the lower edge of said openings (36) is located approximately at the same level as the upper face of the upper plate (18) of the tube bundle (16).

3. Evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that the bottom of said manifold (38) is located at a level lower than that of the upper face of the upper plate (18) of the tube bundle.

4. Evaporator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the collector (38) consists of a U-section ring, open inwards and whose edges are tightly fixed on the envelope ( 10).

5. Evaporator according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the collector (38) consists of a tubular ring connected to the envelope by tubes (40) inclined downward, from the envelope to the collector .