Rectification continue avec évaporateur à film, système ERF et ERT

Les évaporateurs à film avec rectification sont utilisés pour l’évaporation partielle douce de mélanges liquides dont la fraction à point d’ébullition élevé contient des composants dont les points d’ébullition sont proches de ceux du distillat à séparer. La colonne de rectification permet d’épuiser ces composants du distillat et inversement du point d’ébullition bas du concentré et donc des fractions de distillat et de concentré plus pures. Souvent, ces procédés doivent être réalisés à de faibles pressions de fonctionnement, par exemple pour permettre des conditions de température plus douces pour les chaudières de grande puissance. Le système ERF basé sur l’évaporateur à film tombant est utilisé de préférence pour les grandes quantités d’alimentation et les systèmes de matières plus volatiles, le système d’évaporateur à film mince ERT pour les temps de séjour courts et les taux d’évaporation plus élevés.

La solution brute est introduite dans l’évaporateur ou la colonne et répartie uniformément sous forme de film mince sur la circonférence des tubes de l’évaporateur ou du garnissage de la colonne grâce à un système de distribution spécial. À partir du flux de liquide s’écoulant dans le vaporisateur, les chaudières légères sont partiellement évaporées et introduites dans la colonne où la vapeur et le liquide sont en contact à contre-courant. La grande efficacité de séparation de la colonne est obtenue par les internes, qui provoquent un transfert de masse intensif entre la vapeur et le liquide. Le distillat épuisé des chaudières lourdes est liquéfié dans le condenseur E03 et, après avoir recirculé le débit de retour partiel requis, il est soit recueilli dans un réservoir, soit évacué en continu sous forme de distillat par une pompe P03. De même, le concentré est évacué de l’évaporateur par la pompe P02.

Les pompes à vide sont utilisées pour régler les conditions de processus souhaitées (pression et température) et les thermostats (échelle de laboratoire et pilote) et les sources d’énergie classiques (échelle de production) sont utilisées pour le chauffage, l’évaporation et la condensation. Un piège à froid est utilisé pour réduire l’entrée indésirable des chaudières à basse température du flux de gaz d’échappement dans la pompe à vide.

Le distillat appauvri en composants secondaires est liquéfié dans le condenseur E03 et, après recirculation de la quantité de reflux nécessaire, est soit collecté sous forme de distillat dans un réservoir récepteur, soit évacué en continu via une pompe P03. De même, le concentré est évacué de l’évaporateur à l’aide de la pompe P02.

En fonction des exigences de l’application et du processus, d’autres unités telles qu’un laveur de gaz d’échappement ou un évaporateur à courte distance peuvent également être connectées en aval de manière modulaire.

  • Systèmes combinés d’évaporation et de rectification avec un faible taux de rétention et des conditions de fonctionnement douces pour:
    • Systèmes de laboratoire et pilotes en acier inoxydable avec verre borosilicaté 3.3 de conception standardisée, adaptations optionnelles spécifiques au processus
    • Systèmes de production en acier inoxydable en fonction du processus et du client
  • Des systèmes d’évaporateurs supplémentaires modulaires en fonction des exigences du processus, par exemple :
    • Les évaporateurs en amont et en aval, par exemple : ERF-ETF ou ERT-ESF
  • Directives spécifiques aux processus et aux clients, par exemple les normes ATEX, DGRL, FDA, GAMP, ASME, UL.
  • Convient aux médias ayant des exigences accrues :
    • Mélanges avec des chaudières lourdes et composants à points d’ébullition rapprochés
    • Médias à faible viscosité
    • Médias sensibles à la chaleur
    • Des volumes d’aliments plus importants
  • Expertise existante pour des applications typiques ou des études de faisabilité avec tests et vérification à plus grande échelle
    • Spécialité et agrochimie
    • Produits pharmaceutiques et cosmétiques
    • Arômes et parfums
    • Alimentation / Vitamines
    • Les acides gras
    • Divers produits du secteur de la chimie fine et de la pharmacie

Systèmes de laboratoire & pilotes et tests préliminaires

Pour de nombreuses applications, outre la composition du distillat et/ou du résidu ou du concentré, les propriétés du produit telles que l’odeur et la couleur sont également importantes. De même, il faut tenir compte des effets possibles qui peuvent se produire pendant l’évaporation, tels que la formation de mousse ou l’encrassement de la surface de transfert de chaleur. Ces dernières propriétés ne peuvent être déterminées ou estimées théoriquement, mais nécessitent la possibilité d’une évaluation visuelle du processus d’évaporation. La meilleure façon de mettre en œuvre cette approche est de l’utiliser dans les laboratoires et les installations pilotes de COROSYS, qui peuvent être assemblés individuellement selon un système modulaire.

Une fois la faisabilité de base établie, les paramètres du processus doivent être vérifiés afin de concevoir une installation de production, c’est-à-dire qu’il faut déterminer le transfert de chaleur et les taux d’évaporation maximums par surface ou le nombre pratique d’étapes ainsi que les rendements et les qualités réalisables. À cette fin, COROSYS dispose d’une série standardisée d’installations pilotes en acier inoxydable (éventuellement aussi des matériaux spéciaux) de différentes tailles et conceptions.

Pour les nouvelles tâches d’évaporation ou de distillation, COROSYS propose des services internes allant de la recherche documentaire, des simulations thermodynamiques et des essais en laboratoire jusqu’au pilotage de systèmes individuels ou de combinaisons d’évaporateurs à film tombant (EFF), à film mince (ETF) et à courte distance (ESF), si nécessaire également en combinaison avec la rectification (ERF).

Les principaux objectifs et possibilités des études préliminaires/distillations d’essai ainsi que des laboratoires et des installations pilotes sont à nouveau brièvement et clairement résumés dans le tableau suivant:

Études préliminaires/distillations d’essai Systèmes de Laboratoire Systèmes pilotes
Recherche de littérature/brevets, détermination des données sur les substances, modélisation thermodynamique de l’évaporation/rectification Contrôle de faisabilité Détermination détaillée des données du procédé sur la base d’une étude de faisabilité et d’un système d’évaporateur préréglé
Acier inoxydable avec verre borosilicaté 3,3 Acier inoxydable avec verre borosilicaté 3.3, éventuellement d’autres matériaux L’acier inoxydable, éventuellement d’autres matériaux
Tests pour déterminer la faisabilité / la sélectivité Essais en laboratoire, principalement avec un système d’évaporation à film présélectionné Ingénierie de l’usine de production avec dimensionnement des appareils et des supports
Comparaison des différents systèmes d’évaporation à film et présélection ultérieure Détermination des paramètres du processus de redressement ainsi que des rendements et qualités réalisables Détermination détaillée des paramètres du processus ainsi que des rendements et qualités réalisables
Évaluation visuelle du comportement du système (couleur, odeur, mousse, solides, dépôts,…) Prise en compte et évaluation visuelle du comportement du système (couleur, odeur, mousse, solides, …) Prise en compte du Comportement du système (couleur, odeur, mousse, solides, dépôts,…)
Coordination de l’analyse Quantités d’échantillons ou petites quantités de production Plus grandes quantités d’échantillons ou petites quantités de production

Systèmes standard et options pour les systèmes de laboratoire et de pilotage

Pour les systèmes d’évaporation avec rectification, il existe de nombreuses options énumérées et sélectionnables ci-dessous. Les options ne représentent pas une caractérisation complète, mais sont destinées à montrer les possibilités pour le client et à soutenir la préparation efficace d’un concept pour la faisabilité, dans la mesure où la caractérisation n’est pas faite par le questionnaire pour les procédés d’évaporation.

Options pour un système d’évaporation en deux étapes

Domaine Option
Lignes directrices
  • Conditions d’utilisation autorisées (produit) …../..… barg & ..…/….. °C
  • Autres lignes directrices: …….………………………….
Matériel
  • G – acier inoxydable (1.4571/1.4404) / verre borosilicaté 3.3
  • S – acier inoxydable (1.4571/1.4404)
  • X – matériel de remplacement: …….………………………….
Feed
  • F1 – Entonnoir doseur
  • F2 – Pompe
  • F3 – Modèle pour le fonctionnement des pompes
  • F5 – Boîte à éclairs pour le fonctionnement des pompes
  • FX – autres options d’alimentation: …….………………………….
Evaporateur
  • E1R – Système d’essuyage et de distribution, type rouleaux
  • E1P – Système d’essuyage et de distribution, type Profil
  • E2L – Vague Bague d’étanchéité
  • E2M – couplage magnétique
  • E2X – système d’étanchéité de vague déviant…………………….
Système de vide
  • V1 – Pompe à palettes, environ 0,1 – 10 mbara
  • V2 – Pompe à vide à membrane, environ 10 – 1 000 mbara
  • VX – Combinaison d’autres pompes à vide: …….………………………….,
    Quantité souhaitée ..… Nm³/h et pression de service ..… mbara
Piège à froid
  • C1 – Piège à froid, verre borosilicaté 3.3, pour la glace sèche ou l’azote liquide
  • C2 – Piège à froid, en acier inoxydable, pour la glace sèche ou l’azote liquide
  • C3 – Piège à froid, acier inoxydable/verre borosilicaté 3.3, électrique
Concert de décharge. & distillat
  • A1 – Décharge dans l’araignée (3 fois)
  • A2 – Décharge dans une ampoule de verre
  • A3 – Déchargement dans un récipient de mesure coupé
  • A4 – Pompe de décharge
Contrôle de la température1)
  • T1Y – Alimentation Y = T, S, E …………°C
  • T2Y – Évaporateur Y = T, S …………°C
  • T3Y – Condensateur Y = C, CW …………°C
  • T4Y – Piège à froid Y = CW, E …………°C
  • T5Y – Distillat de charge Y = C, CW …………°C
  • T6Y – Concentr de rejets Y = C, CW …………°C
  • TXY – Autres: …….…………………………. Y = ….., …………°C
Divers
  • S1 – Châssis en acier inoxydable, mobile, avec bac d’égouttage, L, P sans revêtement de protection
  • S1X – Les écarts souhaités: …….………………………….
  • S2 – Commande manuelle, affichage local de la température et de la pression, interrupteur d’arrêt d’urgence L, P
  • S2X – Les écarts souhaités: …….………………………….

Systèmes d’évaporateurs à l’échelle de la production

Les systèmes de rectification des évaporateurs à film sont réalisés à l’échelle de la production

pour de nombreuses applications connues mais aussi pour de nombreux nouveaux procédés qui ont été dimensionnés à l’avance par des études et des tests. Les unités de production sont de préférence conçues sous forme d’ensembles, ce qui réduit les efforts de planification d’une part et, surtout, le temps d’installation et de mise en service sur le site du client d’autre part.

Les systèmes combinés évaporateur-colonne à l’échelle de la production sont dimensionnés individuellement pour les procédés du client, les tailles d’évaporateur typiques et les plus courantes vont de 2,5 m² à plus de 100 m² et les diamètres de colonne de 200 à 1500 mm. Pour les grandes unités, on essaie d’intégrer un système de récupération de chaleur adapté au procédé respectif, par exemple en préchauffant le flux d’alimentation avec des flux de produits chauds ou une évaporation à plusieurs étages ou, dans le cas de températures de distillat et de concentré très rapprochées, par recompression mécanique de la vapeur.

En outre, des processus de nettoyage cycliques spécifiques sont souvent nécessaires, que nous serions heureux de développer avec vous.

La construction des systèmes de production est réalisée conformément aux directives requises telles que la DGRL 2014/68 UE ou ASME, ATEX 2014/34 UE, les normes UL, les directives GMP, TA-Luft et la directive machines 2006/42/EG.

Le fonctionnement, également à l’échelle du laboratoire et à l’échelle pilote, se fait à des températures allant jusqu’à 250 °C dans le vaporisateur et à des pressions de travail allant jusqu’à 1 mbar absolu en tête de colonne.

Spécification technique des évaporateurs de laboratoire et pilotes

Domaine Type Surface d’échange /

Diamètre

Longueur chauffée Nombre de tubes

Évaporateur

Diamètre

Colonne1)

Matériel Flux
[m² / DN] [mm] [-] [mm] [kg/h]
Laboratoire ERF 010-G 0,1 m² / DN 25
Tuyau unique
1.000 1 50 / 80 Acier inoxydable / Boro 3.3 0,5 – 6
Laboratoire ERT 006-G 0,06 m² / DN 80 1 50 / 80 Acier inoxydable / Boro 3.3 1 – 6
Laboratoire/Usine pilote ERF 040 -S 0,4 m² / DN 80
Tuyau unique
1.500 1 80 / 100 / 150 Acier inoxydable / Boro 3.3 1,5 – 18
Laboratoire/Usine pilote ERT 030 -S 0,3 m² / DN 200 1 80 / 100 / 150 Acier inoxydable / Boro 3.3 5 – 30
Usine pilote / petite production ERF 350 -S 3,5 m² / DN 200
Tuyaux multiples
2.000 19 150 / 200 / 300 Acier inoxydable 20 – 200
Usine pilote / petite production ERT 060 -S 0,6 m² / DN 250 1 150 / 200 / 300 Acier inoxydable 10 – 60
Production ERF …-S
ERT …-S
>1 m², tapez
– 1,5 m² bis 10 m²
– DN 300 – DN1000
tapez
1.200 – 4.000
sur demande Acier inoxydable sur demande

1) Diamètre typique de la colonne, déterminé en fonction des conditions de fonctionnement (en particulier la pression) Conditions du système (en particulier la fraction à bas point d’ébullition dans l’alimentation et le débit de retour requis)