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Cours d'évaporation: évaporation multiple effets à co-courant, contre-courant ou courants parallèles

On appelle évaporateur multiple-effet un ensemble d'évaporateurs dans lesquels la vapeur (de solvant) générée dans un évaporateur (i) est réutilisée comme vapeur de chauffage dans l'évaporateur suivant (i+1). Seul le premier évaporateur est chauffé à l'aide de vapeur vive. Ce principe de fonctionnement est obtenu en décalant les pressions de chacun des évaporateurs, de façon à obtenir dans l'évaporateur (i) une vapeur se condensant à une température supérieure à la température d'ébullition de l'évaporateur (i+1) (de 1 à 20°C par exemple).

 

Ainsi, avec 1kg de vapeur vive, on peut générer +/-1kg de vapeur (de solvant) dans le premier effet, lui-même générant +/-1kg de vapeur (de solvant) dans le deuxième effet, et ainsi de suite jusqu'au dernier effet, en général sous vide. Dans une évaporation à n effets, 1 kg de vapeur de chauffe peut ainsi évaporer +/-n kg de vapeur d'évaporation. En pratique, le débit évaporé par évaporateur est plus faible.

 

L'économie d'une installation d'évaporation multiple effet est définie comme le rapport (V1+V2+...+Vn)/G, avec G débit de vapeur de chauffe.

 

 

Evaporation triple effet à co-courant

  • évaporateur 1er effet à gauche (pression et température la plus élevée)
  • évaporateur 3ème effet à droite (pression et température la plus faible, éventuellement sous vide)
  • solution la plus concentrée sortant de l'évaporateur à la plus basse température
  • minimise le risque de dégradation pour les produits thermosensibles
  • peut générer des problèmes si le concentrat est visqueux à faible température

 Evaporation triple effet à contre courant

  • évaporateur 1er effet à droite (pression et température la plus élevée)
  • évaporateur 3ème effet à gauche (pression et température la plus faible, éventuellement sous vide)
  • solution la plus concentrée sortant de l'évaporateur à la température la plus élevée
  • risque de dégradation pour les produits thermosensibles
  • avantageux dans le cas ou le concentrat est visqueux à faible température
  • nécessité d'une pompe de reprise des concentrats de chaque évaporateur vers le suivant, à pression plus élevée

 Evaporation triple effet à alimentations parallèles

  • alimentation de chaque évaporateur réglable indépendament
  • possibilité de régler plusieurs qualité de concentrats
  • ...

 

Bilan matière sur une évaporation triple effet (co ou contre--courant)

Soit A le débit massique d'alimentation de l'évaporateur n°1, et xA son titre masique en soluté, et soient:

V1, V2 et V3 les débits massiques d'évaporâts,

B1, B2 et B3 les débits massiques des concentrâts,

xB1, xB2 et xB3 les titres massiques en soluté des concentrâts.

 

Les équations de bilan matière global pour chaque évaporateur s'écrivent:

A = B1 + V1

B1 = B2 + V2

B2 = B3 + V3

d'ou le bilan sur l'ensemble de l'installation:

A = B1 + V1+ V2+ V3

 

Les équations de bilan matière partiel en soluté pour chaque évaporateur s'écrivent:

A × xA = B1 × xB1

B1 × xB1 = B2 × xB2

B2 × xB2 = B3 × xB3

d'ou le bilan sur l'ensemble de l'installation:

A × xA = B3 × xB3

 

Capacité d'évaporation définie comme la somme des évaporâts, soit C = V1+ V2+ V3