Evaporateurs et rebouilleurs en graphite à gorges annulaires

Grâce à leur conception spécifique, nos évaporateurs et rebouilleurs en graphite à gorges annulaires sont particulièrement adaptés à l'évaporation de produits chimiques hautement corrosifs. Les rebouilleurs et évaporateurs en graphite à gorges annulaires sont conçus pour transformer la forme liquide d'une substance chimique telle que l'eau ou un solvant en sa forme gazeuse. Ils sont souvent utilisés pour concentrer les solutions par évaporation de solvant. Nous proposons des évaporateurs en graphite à gorges annulaires à film tombant, ainsi que des rebouilleurs en graphite à circulation naturelle et forcée. Les évaporateurs et les rebouilleurs à gorges annulaires transfèrent la chaleur de la vapeur de condensation ou de l'huile thermique côté service vers un liquide bouillant côté procédé. Les disques en graphite sont usinés de manière à créer des rainures annulaires côté service et de grands canaux en forme de banane côté procédé. La chaleur est transférée par conduction à travers le graphite imperméable laissé entre le coté procédé et le coté service. Les évaporateurs en graphite à gorges annulaires se composent d'un empilement de disques qui sont fusionnés ensemble.

Le procédé d'évaporation est largement utilisé dans l'industrie chimique à des fins diverses. Il en est notamment question pour la concentration des solutions, la revaporisation des gaz liquéfiés, la réfrigération et la production de vapeurs pures ou mélangées pour les applications de génie des procédés chimiques. Le terme évaporateur est généralement réservé à la première de ces applications, à savoir la vaporisation de solvant d'une solution afin de la concentrer. Les évaporateurs peuvent être classés en évaporateurs à film tombant (dans lesquels l'évaporation a lieu à l'interface du film sans nucléation à la paroi), en évaporateurs ou rebouilleurs à circulation naturelle ou forcée (dans lesquels la nucléation s'effectue sur tout ou partie de la surface de transfert de chaleur), en évaporateurs flash et en évaporateurs à contact direct.

Evaporateurs à film tombant

Dans les évaporateurs à film tombant, le produit liquide pénètre par le haut de l'évaporateur. Dans la chambre supérieure, le produit est réparti uniformément dans les orifices de chauffage. Le liquide forme un film mince sur les parois, s'écoule vers le bas à la température d'ébullition et s'évapore partiellement. Dans la plupart des cas, on utilise de la vapeur pour chauffer l'évaporateur. On peut également utiliser de l'huile thermique. La séparation du produit concentré de sa vapeur a lieu dans la partie inférieure de l'échangeur de chaleur dans le séparateur vapeur/liquide.

Evaporateurs à film tombant par rapport aux évaporateurs remplis de liquide

Les évaporateurs à film tombant présentent un certain nombre d'avantages par rapport à leurs homologues remplis de liquide. Ils nécessitent une quantité de fluide plus faible, car il n'est pas nécessaire de remplir tout le volume côté procédé avec du liquide, car seul un film mince est utilisé pour mouiller la surface. Les évaporateurs à film tombant présentent également des caractéristiques de transfert de chaleur supérieures par rapport à leurs homologues remplis de fluide, en particulier dans les cas où le flux de chaleur est faible. Le temps de séjour dans les évaporateurs à film tombant est extrêmement court, créant ainsi une évaporation douce surtout sous vide et préservant ainsi la qualité du produit. Le contrôle du procédé et son automatisation est également plus facile dans les évaporateurs à film tombant. Grâce à leur faible quantité de fluide, les évaporateurs à film tombant réagissent plus rapidement aux changements d'alimentation en énergie, de vide, de quantité d'alimentation ou de concentration.

Cependant, la distribution de fluide dans les évaporateurs à film tombant peut se révéler difficile. La performance peut en être affectée si le fluide n'est pas réparti uniformément sur la surface. De plus, en raison du contact intime du liquide avec la surface de chauffage, les évaporateurs à film tombant sont sensibles à l'encrassement par précipitation des solides. La vitesse du fluide, généralement faible à l'entrée, n'est généralement pas suffisante pour effectuer un auto-nettoyage efficace. Les évaporateurs à film tombant sont donc utilisés de préférence pour l'évaporation de liquides propres et non encrassants.

Évaporateurs à circulation naturelle

L'évaporation par circulation naturelle est basée sur les courants de convection naturelle. La circulation par convection est obtenue par la formation de bulles. Les bulles ont une densité plus faible et montent donc à travers le liquide pour favoriser le mouvement ascendant dans l'évaporateur. Les rebouilleurs thermosyphon n'ont pas besoin de pomper le liquide du fond de colonne dans le rebouilleur. La circulation naturelle est obtenue en utilisant la différence de densité entre le liquide à l'entrée du rebouilleur et le mélange liquide-vapeur à sa sortie pour obtenir une hauteur de refoulement suffisante pour faire circuler le liquide dans le rebouilleur.
Physiquement, les évaporateurs à circulation naturelle sont généralement assez courts. Le fait de supprimer la pompe de circulation réduit les coûts d'exploitation, mais en raison des caractéristiques du système, les évaporateurs à circulation naturelle ont un long temps de séjour et de faibles débits, ce qui rend leur utilisation plus restreinte que les évaporateurs à circulation forcée. L'application la plus courante des évaporateurs à circulation naturelle est le rebouilleur pour colonnes de distillation.

Evaporateurs à circulation forcée

Dans les évaporateurs à circulation naturelle, le liquide entre à faible vitesse et généralement les coefficients de transfert de chaleur sont assez faibles. C'est particulièrement vrai pour les liquides visqueux. Ainsi, chaque fois qu'il s'agit de concentrer des solutions très visqueuses ou encrassantes, il n'y a pas d'autre alternative que d'utiliser des évaporateurs à circulation forcée. En augmentant la vitesse d'écoulement du liquide à travers l'évaporateur, les coefficients de transfert de chaleur de l'évaporateur augmentent de manière significative. La vitesse élevée du liquide en sortie de pompe empêche la formation de dépôts sur les surfaces chauffantes.

Rebouilleurs

Les rebouilleurs sont des échangeurs de chaleur généralement utilisés pour fournir de la chaleur en pied de colonnes de distillation. Ils font bouillir le liquide en fond de colonne de distillation pour générer des vapeurs qui sont renvoyées dans la colonne afin de permettre la séparation des composants. La chaleur fournie à la colonne par le rebouilleur en bas de la colonne est évacuée par le condenseur en haut de la colonne.

Un bon fonctionnement du rebouilleur est vital pour une distillation efficace. Dans une colonne de distillation classique typique, toute la vapeur qui permet la séparation provient du rebouilleur. Le rebouilleur reçoit un débit de liquide du fond de la colonne et permet de vaporiser partiellement ou complètement ce flux. En général la chaleur nécessaire à la vaporisation est fournit par de la vapeur.

Rebouilleurs à circulation forcée

Un rebouilleur à circulation forcée utilise une pompe pour faire circuler le liquide dans le rebouilleur. Ceci est particulièrement utile si le rebouilleur est situé loin du ballon de flash ou si le liquide est visqueux ou sensible à la température (sujet à la cristallisation, la polymérisation ou la dégradation) par contact avec des parois de transfert de chaleur à haute température. Des taux élevés de recirculation des liquides sont utilisés pour augmenter le coefficient de transfert thermique du film côté procédé, réduire la température de paroi, réduisant ainsi l'encrassement associé à la paroi.

Évaporateurs flash

Dans le cas de l'évaporation flash, le liquide est préchauffé sous pression et passe ensuite à travers un orifice dans un récipient à une pression plus basse où des buées se forment lors du processus de retour du liquide à sa température de saturation.

Evaporateurs à contact direct

Dans ce type d'évaporateur, un gaz chaud est injecté dans un bain de liquide et provoque son évaporation, la vapeur étant emportée avec le gaz d'écoulement. Ces évaporateurs sont relativement bon marché et utiles pour la concentration de fluides corrosifs, de liquides visqueux et de boues qui peuvent être difficiles à manipuler dans des échangeurs de chaleur plus conventionnels. Les colonnes de stripping sont des évaporateurs à contact direct.

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