Procédé pour produire par évaporation des solutions salines
concentrées.
Il est connu de produire des sels fondus, notamment du nitrate d'ammonium fondu, en évaporant les solutions salines
aqueuses dans un système de plusieurs chaudières, la solution
étant soumise à une pression,supérieure à la pression atmosphé-
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une chaudière intermédiaire et à une dépression minimum dans la
dernière chaudière. La première et la dernière chaudières sont
chauffées à la vapeur vide car il n'est guère possible, par ce
procédé, d'évaporer complètement une solution de nitrate d'ammonium
au moyen de vapeurs d'évaporation. On n'utilise ainsi qu'une partie
de la vapeur vive dans un évaporateur double, et une notable par-tie de la vapeur vive envoyée au système ne sert à chauffer qu'un
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de vapeur relativement élevée.
On a déjà aussi proposé de procéder avec des évaporateurs multiples de manière que la solution de nitrate d'ammonium étendue
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chaudière d'évaporation), et parcoure la chaudière suivante chauffée au moyen de vapeurs d'évaporation, installée éventuellement, et que la solution de nitrate d'ammonium hautement concentrée,
ou le nitrate d'ammonium fondu, soit pris à la dernière chaudière, qui est chauffée à la vapeur vive et qui est soumise à la pression maximum du système de chaudières. Ce procédé convient bien pour produire du nitrate d'ammonium fondu qui, par exemple pour une
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il convient moins pour un sel. fondu très visqueux, d'un poids spécifique d'environ 2,0, car Inefficacité du procédé est alors notablement inférieure.
Or on a trouvé qu'on peut obtenir de manière particulièrement avantageuse des solutions salines hautement concentrées, par évaporation dans des évaporateurs multiples où. la solution à traiter entre dans la première chaudière et la solution ou le sel. fondu achevés sortent de la dernière chaudière, en chauffant la première chaudière au moyen des vapeurs d'évaporation de la dernière chaudière, tandis que les autres chaudières sont montées comme dans un évaporateur multiple-effet à contre-courant, et en chauffant les deux dernières chaudières de l'ensemble au moyen de vapeur vive et le reste des chaudières au moyen de vapeurs d'évaporation. De cette façon on utilise très bien la totalité de la chaleur apportée au système, sans qu'il en résulte une production moindre qu'avec les procédés Employés jusqu'à présent.
Dans le nouveau procédé on emploie donc des appareils comportant par exemple quatre chaudières d'évaporation ou davantage, par exemple une combinaison de deux évaporateurs multiple-effet à contre-courant imbriqués, ou dans le cas de cinq chaudières, un évaporateur triple-effet à contre-courant encadré par un évapora-
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on exécute le procédé par exemple de la manière suivante:
La solution à évaporer entre dans une chaudière de préévaporation V 1 (fig.l) qui est chauffée par les vapeurs d'évapora -
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dernière chaudière de la série de quatre chaudières. Dans la chambre d'évaporation de la chaudière de pré-évaporation V 1 règne une pression aussi faible que possible, par exemple de 60 mm. de mercure, tandis que dans sa chambre de chauffe règne une pression de vapeur plus forte, telle qu'il y ait une différence suffisante entre le point d'ébullition de la solution et la température de condensation des vapeurs d'évaporation circulant dans la chambre
de chauffe. De la chaudière de pré-évaporation V 1 la solution se rend dans une deuxième chaudière de pré-évaporation V 2. Cette chaudière est chauffée par les vapeurs d'évaporation d'une chaudière intermédiaire M montée en .aval. Dans la chambre d'évaporation de la
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faible que possible, par exemple de 60 mm. de mercure, tandis que dans sa chambre de chauffe règne une pression telle qu'ici également la différence de températures entre la solution et la chambr�de chauffe soit suffisamment grande. On fait passer ensuite la solu-
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de la chaudière intermédiaire règne la pression de la vapeur vive de chauffe employée. La pression effective régnant dans la chambre .d'évaporation de la chaudière intermédiaire M refoule ensuite la solution préconcentrée dans la chaudière d'évaporation finale F qui elle aussi est chauffée à la vapeur vive. On règle la pression absolue dans la chambre d'évaporation de la chaudière d'évaporation
<EMI ID=10.1>
tion de cette chaudière, de manière qu'une vive ébullition soit entretenue d'une part dans la solution hautement concentrée de la chaudière d'évaporation finale F par la vapeur vive employée et, d'autre part, dans la solution diluée de la chaudière de pré-évaporation V 1 sous l'influence des conditions de servi:ce qui y sont établies. S'il est nécessaire de soumettre à un refroidissement ultérieur le sel fondu quittent la chaudière d'évaporation finale F, on peut y procéder dans un évaporateur à dépression, non représenté sur le dessin, monté en aval de cette chaudière, de manière qu'une partie de l'eau encore contenue dans le sel fondu soit évaporée.
Eh comparaison du procédé simple-effet on peut réaliser par ce moyen une économie de vapeur de 45 à 50%. En comparaison du procédé, fréquemment employé jusqu'à présent, consistant à évaporer la solution dans un évaporateur double-effet et un évapora.teur simple-effet monté en aval de celui-ci, l'économie de vapeur
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On peut réaliser une économie de vapeur plus grande encore en employant au lieu de l'évaporateur quadruple par exemple un évaporateur quintuple, comme le montre la fig.2. Dans ce cas,
la solution entre, comme précédemment, dans une première chaudière de pré-évaporation V 1 qui est chauffée par les vapeurs d'évaporation de la chaudière d'évaporation finale F, tandis qu'on envoie de la vapeur vive à la chambre de chauffe de la chaudière d'évaporation finale F. De la chaudière de pré-évaporation V 1 la solu-
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V 2 qui est chauffée par les vapeurs d'évaporation d'une première chaudière intermédiaire à 1 dont ]La chambre de chauffe est chauffée par les vapeurs d'évaporation d'une deuxième chaudière intermédiaire M 2 chauffée à la vapeur vive.
.Au lieu d'exécuter le procédé dans des chaudières Robert, représentées sur les dessins annexés et employées aux exemples suivants, on peut aussi le réaliser au moyen de chaudières de toute autre construction voulue. En outre, on peut 1'-appliquer
en opérant de manière continue ou de manière discontinue. Les pressions de vapeur dans les chambres de chauffe et dans les chambres d'évaporation doivent être choisies selon la nature de la. solution à évaporer ainsi que selon la tension de la vapeur de chauffe employée et les autres conditions de service.
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Dans une installation à quatre chaudières (voir Fig.l)
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teneur d'environ 8?$ en nitrate de calcium (poids spécifique
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La solution entre dans la chaudière de pré-évaporation
V 1 par la conduite a. La chambre d'évaporation de cette chaudière est sous une pression absolue d'environ 60 mm. de mercure, à laquelle la solution bout à environ 40[deg.]. Par la conduite de vapeurs
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poration finale F se rendent dans la chambre de chauffe de la chaudière de' pré-évaporation VI et s'y condensent à une température d'environ 60[deg.]. La chambre de chauffe de la chaudière de pré-
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chambre de chauffe de la chaudière de pré-évaporation V 1 par gravité, à travers la conduite III, ou bien elle est évacuée par une pompe. -.4-près que la solution est évaporée jusqu'à une teneur
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vapeurs d'évaporation provenant des chaudières de pré-évaporation V 1 et V 2 sont condensées dans un condenseur à injection K. La chambre de chauffe de la chaudière de pré-évaporation V 2 reçoit par la conduite de vapeurs d'évaporation II les vapeurs d'évapo-
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chambre d'évaporation de celle-ci, à une pression d'environ 990 mm. L'eau de condensation provenant de la chambre de chauffe de la chaudière de pré-évaporation V 2 s'écoule spontanément ou sous l'action d'une pompe, par la conduite IV et peut être utilisée ultérieurement à d'autres fins, comme aussi d'ailleurs l'eau de condensation de la chaudière de pré-évaporation V 1. Dans la chau-
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teneur en sel de 47,7%. Elle bout à 48[deg.] dans les conditions établies. La gravité ou une pompe fait passer ensuite la solution
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à 110[deg.]. La chambre de chauffe de la. chaudière intermédiaire M reçoit par la conduite V de la vapeur à environ 5 atmosphères effectives. On envoie l'eau de condensation par la conduite VI, par exemple dans un échangeur de chaleur où elle est employée pour préchauffer de la solution préconcentrée, si bien qu'on peut utiliser dans les chaudières de pré-évaporation les vapeurs d'évaporation engendrées par la quantité de chaleur apportée par cette eau de condensation. La solution préconcentrée se rend ensuite
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évacue en e le sel fondu. La chaudière d'évaporation finale F est chauffée elle aussi à la vapeur sous 5 atmosphères effectives, arrivant par la conduite VII. L'eau de condensation provenant de la chambre de chauffe peut être envoyée par la conduite VIII à l'échangeur de chaleur précité, pour utiliser sa chaleur. La chambre d'évaporation de la chaudière d'évaporation finale F fonctionne sous une pression d'environ 160 mm. pour une solution <EMI ID=24.1>
Si une des chaudières chauffées à la vapeur vive, par exemple la chaudière intermédiaire M, produit plus de vapeurs d'évaporation que ne peut utiliser l'autre chaudière, qu'on doit chauffer au moyen de ces vapeurs d'évaporation, il est possible sans plus d'envoyer l'excès de vapeurs d'évaporation à une autre
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même .temps que les vapeurs d'évaporation provenant d'ailleurs. Les tuyaux E servent à désaérer les chambres de chauffe.
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Lorsqu'on évapore la solution de nitrate de calcium dans l'évaporateur quintuple représenté sur la fig.2, la solution se rend d'abord par la conduite a dans la chaudière de pré-évapo-
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la conduite d dans la deuxième chaudière intermédiaire M 2 et finalement, par la conduite e, dans la chaudière d'évaporation finale F d'oit on évacue par la conduite f le sel fondu achevé. Dans la chambre d'évaporation de la chaudière d'évaporation finale F chauffée à la vapeur vive provenant de la conduite IX règne une pression de 160 mm. de mercure. Sous cette pression
les vapeurs d'évaporation passent par la conduite I dans la chambre
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densent à 60[deg.]. Dans la chambre d'évaporation de la deuxième chaudière intermédiaire M 2 chauffée à la vapeur vive provenant de la conduite X règne une pression de 1 atmosphère effective; les vapeurs d'évaporation se rendent par la conduite III dans la chambre de chauffe de la première chaudière intermédiaire M 1 et s'y
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termédiaire M 1 règne une pression d'environ 1000 mm. de mercure. Les vapeurs d'évaporation se rendent par la conduite II dans la
Process for producing saline solutions by evaporation
concentrated.
It is known to produce molten salts, in particular molten ammonium nitrate, by evaporating saline solutions.
aqueous solutions in a system of several boilers, the solution
being subjected to a pressure, greater than the atmospheric pressure -
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an intermediate boiler and at a minimum depression in the
last boiler. The first and last boilers are
heated with empty steam because it is hardly possible, by this
process, to completely evaporate a solution of ammonium nitrate
by means of evaporative vapors. We only use part
live steam in a double evaporator, and a significant part of the live steam sent to the system is used to heat only one
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relatively high steam.
It has also already been proposed to proceed with multiple evaporators so that the extended ammonium nitrate solution
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evaporating boiler), and runs through the next boiler heated by means of evaporative vapors, possibly installed, and that the highly concentrated ammonium nitrate solution,
or molten ammonium nitrate, either taken from the last boiler, which is heated with live steam and which is subjected to the maximum pressure of the boiler system. This process is well suited for producing molten ammonium nitrate which, for example for
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it is less suitable for a salt. highly viscous melt, specific gravity of about 2.0, since the efficiency of the process is then significantly lower.
However, it has been found that highly concentrated saline solutions can be obtained in a particularly advantageous manner, by evaporation in multiple evaporators where. the solution to be treated enters the first boiler and the solution or the salt. completed molten streams exit from the last boiler, heating the first boiler by means of evaporative vapors from the last boiler, while the other boilers are mounted as in a countercurrent multiple-effect evaporator, and heating the last two all boilers by means of live steam and the rest of the boilers by means of evaporative vapors. In this way, all of the heat supplied to the system is used very well, without resulting in less production than with the processes used up to now.
The new process therefore employs devices comprising for example four or more evaporating boilers, for example a combination of two nested countercurrent multiple-effect evaporators, or in the case of five boilers, a triple-effect evaporator against the current framed by an evaporator
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the process is carried out for example as follows:
The solution to be evaporated enters a pre-evaporation boiler V 1 (fig.l) which is heated by the vapors of evapora -
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last boiler in the series of four boilers. In the evaporation chamber of the pre-evaporation boiler V 1 there is as low a pressure as possible, for example 60 mm. of mercury, while in its heating chamber there is a stronger vapor pressure, such that there is a sufficient difference between the boiling point of the solution and the condensation temperature of the evaporation vapors circulating in the chamber
of heating. From the pre-evaporation boiler V 1, the solution goes to a second pre-evaporation boiler V 2. This boiler is heated by the evaporation vapors from an intermediate boiler M mounted downstream. In the evaporation chamber of the
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low as possible, eg 60 mm. of mercury, while in its heating chamber there is a pressure such that here also the temperature difference between the solution and the heating chamber is sufficiently large. The solution is then passed through
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of the intermediate boiler reigns the pressure of the live heating steam used. The effective pressure prevailing in the evaporation chamber of the intermediate boiler M then discharges the preconcentrated solution into the final evaporation boiler F which is also heated with live steam. The absolute pressure is regulated in the evaporation chamber of the evaporator boiler
<EMI ID = 10.1>
tion of this boiler, so that a strong boiling is maintained on the one hand in the highly concentrated solution of the final evaporation boiler F by the live steam used and, on the other hand, in the dilute solution of the boiler of pre-evaporation V 1 under the influence of the conditions of service: what are established there. If it is necessary to subsequently cool the molten salt leaving the final evaporation boiler F, this can be done in a vacuum evaporator, not shown in the drawing, mounted downstream of this boiler, so that part of the water still contained in the molten salt is evaporated.
By comparison of the single-effect process, a steam saving of 45 to 50% can be achieved by this means. In comparison with the process, frequently employed until now, consisting in evaporating the solution in a double-effect evaporator and a single-effect evaporator mounted downstream thereof, the saving of steam
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An even greater saving of steam can be achieved by using instead of the quadruple evaporator, for example a quintuple evaporator, as shown in fig. 2. In that case,
the solution enters, as before, a first pre-evaporation boiler V 1 which is heated by the evaporation vapors from the final evaporation boiler F, while live steam is sent to the heating chamber of the final evaporating boiler F. From the pre-evaporating boiler V 1 the solution
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V 2 which is heated by evaporation vapors from a first intermediate boiler at 1 of which] The heating chamber is heated by evaporation vapors from a second intermediate boiler M 2 heated with live steam.
Instead of carrying out the process in Robert boilers, shown in the accompanying drawings and used in the following examples, it can also be carried out by means of boilers of any other desired construction. In addition, one can 1'-apply
by operating continuously or discontinuously. The vapor pressures in the heating chambers and in the evaporation chambers must be chosen according to the nature of the. solution to be evaporated as well as according to the pressure of the heating vapor employed and the other operating conditions.
<EMI ID = 13.1>
In an installation with four boilers (see Fig.l)
<EMI ID = 14.1>
calcium nitrate content of about 8? $ (specific weight
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The solution enters the pre-evaporating boiler
V 1 by pipe a. The evaporation chamber of this boiler is under an absolute pressure of about 60 mm. of mercury, at which the solution boils at about 40 [deg.]. By the steam line
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final poration F go into the heating chamber of the pre-evaporation boiler VI and condense there at a temperature of about 60 [deg.]. The heating chamber of the pre-
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heating chamber of the pre-evaporation boiler V 1 by gravity, through line III, or else it is evacuated by a pump. -.4-close that the solution is evaporated to a content
<EMI ID = 18.1> <EMI ID = 19.1>
Evaporation vapors from the pre-evaporation boilers V 1 and V 2 are condensed in an injection condenser K. The heating chamber of the pre-evaporation boiler V 2 receives the vapors via the evaporation vapor line II evapo-
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evaporation chamber thereof, at a pressure of about 990 mm. The condensation water from the heating chamber of the pre-evaporation boiler V 2 flows spontaneously or under the action of a pump, through line IV and can be used later for other purposes, such as also, moreover, the condensation water from the pre-evaporating boiler V 1. In the boiler
<EMI ID = 21.1>
47.7% salt content. It boils at 48 [deg.] Under the established conditions. Gravity or a pump then passes the solution
<EMI ID = 22.1>
at 110 [deg.]. The heating chamber of the. intermediate boiler M receives steam through line V at about 5 effective atmospheres. The condensed water is sent through line VI, for example in a heat exchanger where it is used to preheat the preconcentrated solution, so that the evaporative vapors generated can be used in pre-evaporation boilers. by the quantity of heat provided by this condensation water. The preconcentrated solution then goes
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e evacuates the molten salt. The final evaporation boiler F is also heated with steam at 5 effective atmospheres, arriving via line VII. The condensation water from the heating chamber can be sent via line VIII to the aforementioned heat exchanger, in order to use its heat. The evaporation chamber of the final evaporation boiler F operates at a pressure of approximately 160 mm. for a solution <EMI ID = 24.1>
If one of the boilers heated with live steam, for example the intermediate boiler M, produces more evaporating vapors than the other boiler can use, which must be heated by means of these evaporating vapors, it is possible without sending the excess vapor of evaporation to another
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same. as evaporating vapors from elsewhere. The E pipes are used to deaerate the heating chambers.
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When the calcium nitrate solution is evaporated in the five-fold evaporator shown in fig. 2, the solution first goes through line a to the pre-evaporator.
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
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line d in the second intermediate boiler M 2 and finally, through line e, in the final evaporation boiler F where the completed molten salt is discharged through line f. In the evaporation chamber of the final evaporation boiler F heated with live steam from line IX, a pressure of 160 mm prevails. of mercury. Under this pressure
evaporation vapors pass through line I into the chamber
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density at 60 [deg.]. In the evaporation chamber of the second intermediate boiler M 2 heated with live steam coming from line X there is a pressure of 1 effective atmosphere; the evaporation vapors go through line III into the heating chamber of the first intermediate boiler M 1 and there
<EMI ID = 31.1>
intermediate M 1 reigns a pressure of about 1000 mm. of mercury. The evaporative vapors pass through line II into the