DESCRIPTION DESCRIPTION
L'invention concerne un appareillage destiné à optimiser et fiabiliser le transfert thermique d'un dispositif d'économie utilisant la compression mécanique des vapeurs CMV lors des opérations de déshydratation ainsi que les procédés pour sa mise encaivre. The invention relates to an apparatus for optimizing and making reliable the thermal transfer of a saving device using the mechanical compression of CMV vapors during dehydration operations as well as the methods for its enchanging.
Les opérations de déshydratation s'appliquent notamment à des composés volatils, comme l'éthanol, qui contiennent une fraction d'eau à éliminer. Les procédés de déshydratation concernés sont : - la déshydratation par tamis moléculaires - la déshydratation par glycols la déshydratation par perméation Dans ces trois techniques la charge liquide hydratée alimentée en continu est vaporisée et ce composé volatil sort de l'unité de déshydratation, que nous appelons UD sous forme de vapeur déshydratée à un niveau de pression plus faible que celui correspondant à l'alimentation. L'écart de pression n'étant pas très élevé, il est possible de réaliser une boucle thermique pour réduire la dépense énergétique en utilisant la chaleur latente de condensation du produit déshydraté. Pour ce faire deux dispositifs peuvent être utilisés : - l'un utilisant la thermo- compression de vapeur d'eau générée à la 20 condensation du composé déshydraté vaporisé l'autre utilisant la compression mécanique des vapeurs CMV du composé déshydraté pour le porter à un niveau de pression supérieur à celui du même composé vaporisé sous sa forme hydratée. Les technique de thermo ûcompression et de CMV sont décrites notamment 25 pour le dispositif de déshydratation par tamis moléculaire. L'appareillage permettant d'appliquer la technique de thermo ûcompression avec un stato- surpresseur multi tuyères, pour l'application de déshydratation par glycols a fait l'objet d'un dépôt de brevet au Brésil par Pierre-Olivier COGAT Références : N° 020060120217 30 Si les dispositifs d'économie d'énergie pair thermo- compression sont relativement faciles à appliquer du fait que l'excès d'énergie apporté par la vapeur motrice à haute pression est un élément de stabilité, le dispositif d'économie d'énergie par CMV est plus délicat à mettre enauvre. En effet l'excès d'énergie, dans cette hypothèse, est très faible ou nul et dépend de la teneur en eau du 35 composé hydraté alimentant l'installation. Si la stabilité du dispositif n'est pas maîtrisée la déshydratation sera imparfaite et le fonctionnement du compresseur CM aléatoire. L'objet de la présente invention est de proposer un appareillage qui permet une mise en service maîtrisée en deux stades principaux : 40 le premier stade assurant le fonctionnement de l'installation en déshydratation, le compresseur CM étant arrêté le second stade correspondant au fonctionnement nominal en déshydratation, stable, le compresseur CM étant en marche 5 10 15 25 30 35 40 45 L'originalité de l'appareillage réside principalement : dans la conception d'un vaporiseur unique pouvant être alimenté simultanément et de manière contrôlée par deux sources thermiques différentes dans la définition des chaînes de régulation et la position des capteurs qui assurent une stabilité de fonctionnement à l'ensemble. A titre d'exemple, cet appareillage de vaporisation, fonctionnant en continu, est adaptable sans difficulté au procédé de déshydratation par tamis moléculaire fonctionnant de manière alternative du fait de la nécessité de régénérer les résines. Sur les figures : FIGURE 1 et FIGURE 2 nous schématisons l'appareillage selon l'invention, la FIGURE 1 correspondant à l'utilisation de faisceaux tubulaires verticaux et la FIGURE 2 correspondant à l'utilisation de faisceaux tubulaires horizontaux. L'appareillage, selon l'une ou l'autre des figures : FIGURE 1 et FIGURE 2, fait partie d'un dispositif d'économie d'énergie utilisant la compression mécanique des vapeurs et communément appelée CMV . The dehydration operations apply in particular to volatile compounds, such as ethanol, which contain a fraction of water to be removed. The dehydration processes concerned are: - dehydration by molecular sieves - dehydration by glycols permeation dehydration In these three techniques the continuously fed liquid hydrated charge is vaporized and this volatile compound leaves the dehydration unit, which we call UD in the form of dehydrated vapor at a lower pressure level than that corresponding to the feed. Since the pressure difference is not very high, it is possible to perform a thermal loop to reduce the energy expenditure by using the latent heat of condensation of the dehydrated product. To do this, two devices can be used: one using the steam thermo-compression generated on the condensation of the vaporized dehydrated compound the other using the mechanical compression of the CMV vapors of the dehydrated compound to bring it to a higher pressure level than the same vaporized compound in its hydrated form. The thermo-compression and CMV techniques are described in particular for the molecular sieve dewatering device. The apparatus for applying the thermo-compression technique with a multi-nozzle stato-booster for the application of dehydration with glycols has been the subject of a patent application in Brazil by Pierre-Olivier COGAT References: No. If the thermo-compression energy saving devices are relatively easy to apply because the excess energy provided by the high pressure driving steam is a stability element, the energy saving device CMV energy is trickier to put in poor. Indeed the excess energy, in this case, is very low or zero and depends on the water content of the hydrated compound feeding the installation. If the stability of the device is not controlled dehydration will be imperfect and the operation of the compressor CM random. The object of the present invention is to provide an apparatus which allows controlled commissioning in two main stages: the first stage ensuring the operation of the dehydration plant, the compressor CM being stopped the second stage corresponding to the nominal operation The originality of the apparatus lies mainly in the design of a single vaporizer that can be fed simultaneously and in a controlled manner by two different thermal sources. in the definition of the control chains and the position of the sensors which ensure a stable operation of the assembly. By way of example, this vaporization apparatus, operating continuously, is easily adaptable to the molecular sieve dewatering method operating alternately because of the need to regenerate the resins. In the figures: FIGURE 1 and FIGURE 2 we schematize the apparatus according to the invention, FIGURE 1 corresponding to the use of vertical tubular bundles and FIGURE 2 corresponding to the use of horizontal tubular bundles. The apparatus, according to either of the figures: FIGURE 1 and FIGURE 2, is part of an energy saving device using mechanical vapor compression and commonly known as CMV.
Cet appareillage qui est destiné à optimiser et à fiabiliser les transferts thermiques est constitué notamment : - d'un unique échangeur F assurant la vaporisation du composé volatil hydraté grâce à deux sections de chauffage, l'une Fv alimentée par une source thermique extérieure, l'autre Fa par de la vapeur déshydratée dudit composé compressée par le compresseur CM , - d'échangeurs, l'un Er destiné à pré -chauffer le liquide alimentant l'installation, l'autre CV destiné à condenser l'excès de vapeur déshydratée, -des chaînes principales de contrôle ùrégulation : FC de débit d'alimentation, LC de niveau dans le soubassement de F , PC de maintien en pression de l'installation. D'un dispositif Rs servant à isoler et à connecter l'unité de déshydratation UD au substrat hydraté vaporisé. L'échangeur F selon une variante de l'invention décrite sur la FIGURE 1 est constitué par deux sections Fa et Fv superposées, réalisées en faisceaux tubulaires verticaux de type flot tombant, arrosés par un flux commun de liquide à vaporiser, ce liquide étant réparti à l'entrée de chacun des faisceaux par un dispositif de répartition des fluides. L'échangeur F selon une seconde variante de l'invention décrite sur la FIGURE 2 est constitué de deux sections Fa et Fv , superposées, réalisées en faisceaux tubulaires horizontaux arrosés à l'extérieur des tubes par un flux commun de liquide à vaporiser. Dans les deux cas les faisceaux tubulaires Fa et Fv sont arrosés grâce à une pompe de circulation pc prélevant le liquide à partir d'une chambre de rétention cr , distincte de la chambre de vaporisation et équipée avec le capteur de détection de niveau de la chaîne de régulation LC . Un dispositif Rs comportant un réseau de tuyauteries et des vannes manoeuvrables permet d'alimenter l'unité de déshydratation UD en substrat vaporisé de manière progressive Selon l'invention, il est également possible d'alimenter en substrat vaporisé l'unité de déshydratation, de manière instantanée, grâce à un dispositif comparable, toujours désigné par Rs . L'échangeur Fa, -partie du matériel de vaporisation F est calculé pour fonctionner avec un écart de température faible entre la température de vapeur , en phase de condensation, du substrat vaporisé déshydraté compressé et celle du substrat liquide hydraté en cours de vaporisation. Cet écart de température est notamment compris entre 2°C et 5°C. Cette caractéristique, associée à une perte de charge très faible des fluides en 10 phase de condensation et de vaporisation, contribue à l'optimisation énergétique du dispositif de compression mécanique des vapeurs CMV . Le fonctionnement de l'installation comprend trois phases de mise enoatvre de l'appareillage : le démarrage, la marche en compression mécanique et l'arrêt. 15 Le démarrage de l'installation comprend les étapes successives suivantes : -mise en service des utilités nécessaires au fonctionnement : eau de refroidissement, source d'énergie extérieures... 20 -vaporisation d'un flux continu de substrat liquide hydraté par la mise en service de la pompe de circulation pc et du vaporiseur section Fv alimenté en continu par la chaîne de régulation de débit FC , le niveau de liquide dans la capacité de rétention cr étant maintenu constant par la chaîne de régulation LC qui assure l'apport de calories nécessaire, 25 -condensation simultanée de la vapeur émise sur le condenseur CV et pré - chauffage du substrat liquide alimentant le dispositif par le substrat liquide chaud évacué du dispositif, à travers l'échangeur Er , le substrat liquide non déshydraté étant recyclé dans le bac d'alimentation BA , -mise en pression progressive du réseau de substrat vaporisé à la valeur 30 souhaitée par la chaîne de régulation PC , et réglage de la température de surchauffe par le surchauffeur s , - transfert du substrat vaporisé vers l'unité de déshydratation UD par le dispositif Rs - paramétrage de l'unité de déshydratation UD jusqu'à ce que le substrat 35 vaporisé sorte déshydraté et transfert du liquide condensé sur Cv et refroidi par Er vers le stockage de produit fini BF . La phase de marche en compression mécanique des vapeurs sur l'installation comprend les étapes successives suivantes : 40 -mise en service, à son régime de débit minimal, du compresseur mécanique CM qui réalise la boucle thermique, en transférant la vapeur de substrat déshydraté vers la section d'échangeur Fa , cette opération ayant pour conséquence de commencer à réduire l'apport d'énergie extérieure appelé par LC , 45 -montée en débit du compresseur CM par paliers jusqu'à ce que le débit de vapeur du composé déshydraté condensé dirigé vers Cv corresponde à 5 15 20 25 l'objectif recherché de flux minimal permettant un fonctionnement correct de la chaîne de régulation de pression PC , -stabilisation de l'installation au régime nominal réalisée grâce aux automatismes de contrôle de débit FC , de niveau LC et de contrôle de pression PC qui réagissent sans phénomène d'inertie aux écarts détectés sur les capteurs, les deux sections du vaporiseur Fa et Fv étant alimentées et maintenues à la même température par l'unique flot liquide à l'ébullition, transféré par la pompe de circulation pc à partir de la capacité de rétention cr d'un volume adapté. This apparatus, which is intended to optimize and make reliable the heat transfers, consists in particular of: - a single exchanger F ensuring the vaporization of the hydrated volatile compound by means of two heating sections, one Fv fed by an external thermal source, Other Fa by dehydrated steam of said compound compressed by the compressor CM, - exchangers, one Er intended to preheat the liquid supplying the installation, the other CV intended to condense the excess dehydrated vapor , - Main control strings ù Regulation: FC feed rate, LC level in the F basement, PC pressure maintenance of the plant. An Rs device for isolating and connecting the dehydration unit UD to the vaporized hydrated substrate. The exchanger F according to a variant of the invention described in FIG. 1 consists of two superimposed sections Fa and Fv, made in vertical tubular bundles of falling stream type, watered by a common stream of liquid to be vaporized, this liquid being distributed at the entrance of each of the beams by a fluid distribution device. The exchanger F according to a second variant of the invention described in FIG. 2 consists of two superimposed sections Fa and Fv, made in horizontal tubular bundles watered outside the tubes by a common stream of liquid to be vaporized. In both cases the tubular bundles Fa and Fv are watered by a circulation pump pc collecting the liquid from a retention chamber cr, distinct from the vaporization chamber and equipped with the sensor of level detection of the chain LC regulation. A device Rs comprising a network of pipes and maneuverable valves makes it possible to supply the dewatering unit UD with a vaporized substrate in a progressive manner. According to the invention, it is also possible to supply the vaporization substrate with the dehydration unit. instantaneous way, thanks to a comparable device, always designated by Rs. The exchanger Fa, part of the vaporization material F is calculated to operate with a small temperature difference between the vapor temperature, in the condensation phase, of the compressed dehydrated vaporized substrate and that of the hydrated liquid substrate during vaporization. This temperature difference is in particular between 2 ° C and 5 ° C. This characteristic, combined with a very low pressure drop of the fluids in the condensation and vaporization phase, contributes to the energy optimization of the mechanical vapor compression device CMV. The operation of the installation comprises three phases of equipment commissioning: starting, walking in mechanical compression and stopping. The start-up of the installation comprises the following successive stages: - putting into service of the utilities necessary for the operation: cooling water, external energy source ... 20 - vaporization of a continuous flow of hydrated liquid substrate by the setting in operation of the circulation pump pc and the vaporizer section Fv fed continuously by the flow control chain FC, the liquid level in the retention capacity cr being kept constant by the control chain LC which ensures the supply of necessary calories, simultaneous condensation of the vapor emitted on the condenser CV and pre-heating of the liquid substrate supplying the device with the hot liquid substrate discharged from the device, through the exchanger Er, the non-dehydrated liquid substrate being recycled in the BA feed tank, progressive pressurization of the vaporized substrate network to the value desired by the PC control chain, and adjustment of the superheating temperature by the superheater s, - transfer of the vaporized substrate to the dewatering unit UD by the device Rs - parameterization of the dewatering unit UD until the substrate 35 vaporized sort dehydrated and transfer of the condensed liquid on Cv and cooled by Er to the finished product BF storage. The step of mechanically compressing the vapors on the installation comprises the following successive steps: - putting into service, at its minimum flow rate, the mechanical compressor CM which carries out the thermal loop, by transferring the dehydrated substrate vapor to the exchanger section Fa, this operation having the effect of beginning to reduce the external energy supply called by LC, 45 -continued in flow of the compressor CM in steps until the vapor flow of the condensed dehydrated compound directed towards Cv corresponds to the desired objective of minimal flow allowing a correct operation of the pressure control chain PC, -stabilization of the installation at the nominal speed achieved thanks to the automation of flow control FC, level LC and PC pressure control that react without inertia phenomenon to the deviations detected on the sensors, the two sections of the vaporizer Fa and Fv being fed and maintained at the same temperature by the single liquid stream boiling, transferred by the circulation pump pc from the retention capacity cr of a suitable volume.
La phase d'arrêt de l'installation comprend les étapes successives suivantes : découplage de l'unité de déshydratation UD par le dispositif Rs et transfert du substrat non déshydraté vers le bac d'alimentation BA arrêt du compresseur mécanique CM , selon la procédure requise pour le matériel choisi, suivi de l'arrêt de l'alimentation en substrat hydraté par la chaîne de régulation de débit FC , ce qui a pour conséquence d'arrêter le chauffage piloté par la chaîne de régulation de niveau LC , arrêt des dispositifs de transfert et des utilités. The shutdown phase of the installation comprises the following successive steps: decoupling of the dehydration unit UD by the device Rs and transfer of the non-dehydrated substrate to the supply tank BA stop of the mechanical compressor CM, according to the required procedure for the chosen material, followed by the stop of the supply of hydrated substrate by the flow control chain FC, which has the consequence of stopping the heating controlled by the level control chain LC, stopping the devices of transfer and utilities.
La première finalité de la présente invention : appareillage et procédés d'utilisation de l'appareillage est de réduire notablement la consommation énergétique des unité des unités de déshydratation UD , équipées d'un dispositif d'économie d'énergie par compression mécanique des vapeurs et utilisant les procédés de perméation, de tamis moléculaires et d'absorption par les glycols. The first purpose of the present invention: apparatus and methods of use of the apparatus is to significantly reduce the energy consumption of the units of the dehydration units UD, equipped with a device for energy saving by mechanical compression of the vapors and using permeation, molecular sieve and glycol absorption processes.
La seconde finalité est de fiabiliser les séquences de démarrage, de marche en compression mécanique et d'arrêt de l'installation. The second aim is to make reliable the start-up sequences, the mechanical compression run and the shutdown of the installation.