LÉGENDE DU TRIPLE EFFET
A,B,C chaudières d'évaporation.
I,r,F' appareils de sûreté destinés à retenir le jus sucré entraîné par la vapeur.
g robinet de sortie de l'air de la chambre de vapeur de la première chaudière (les robinets d'air sont au nombre de 3).
hyh robinets de sortie des vapeurs non condensables de la deuxième chaudière (ces robinets sont au nombre de 3). i,i robinet de sortie des vapeurs non condensables de la
troisième chaudière (au nombre de 3).
j retour d'eau de condensation de la première caisse. kyk, — — des deuxième et troi-
sième caisses, en communication directe avec une pompe spéciale de retour.
/,/ retour d'eau de condensation des deuxième et troisième caisses, en communication avec le condenseur, m, 71,0 vidange de jus des 3 chaudières. p robinet de vidange des sirops.
(/ — — eaux de lavage.
r robinet de prise des eaux de lavage. s — — acidulées.
t conduite de l'eau de lavage servant également pour l'eau acidulée.
«,a robinet de prise de vapeur de lavage des chaudières
2 et 3 (il y en a également un sur la chaudière i). u',u! robinet de prise de vapeur de lavage des chambres de vapeur des chaudières 2 et 3.
Une grande préoccupation des constructeurs d'appareils à triple effet a été la bonne répartition de la chaleur dans les chambres de vapeur ; les uns ont essayé d'assurer un chauffage régulier en tous les points du faisceau tubulaire en disposant une série de chicanes placées entre l'arrivée de la vapeur et le départ des eaux condensées ; les autres ont établi les conduites de manière que la vapeur arrive par toute la circonférence de chaque chambre.
Fig. 556.
La disposition que nous avons figurée participe & la fois des deux procédés. Chaque chambre de vapeur a été partagée par trois cloisons verticales en trois capacités d'égal volume, absolument indépendantes, ayant chacune son entrée de vapeur et son retour d'eau, ce dernier étant pourvu d'un clapet battant ; la circula-
lion est assurée par des chicanes disposées comme l'indique la ligure 556.
Chacun des tuyaux qui amènent la vapeur dans les trois capacités est muni d'un robinet spécial permettant de régler le débit dans chaque compartiment ; sans cette précaution, la capacité la plus rapprochée de l'arrivée recevrait la majeure partie de la vapeur au détriment des deux autres. Ces trois robinets sont groupés à côté les uns des autres pour la facilité de la manœuvre.
Les trois chambres de vapeur sont munies chacune d'un tube branché à leur partie supérieure et pourvu d'un robinet permettant d'envoyer directement à la pompe & air les gaz non condensables qui viennent s'accumuler vers le haut de la chambre de vapeur entourant le faisceau tubulaire et nuisent à la transmission de la chaleur.
Le gaz que Ton extrait de la première chaudière n'est autre que l'air entraîné par la vapeur; dans les autres caisses, ce sont principalement des vapeurs ammoniacales qui se dégagent du sirop. Il est très important de se débarrasser de ces gaz : d'une part, l'air mélangé à la vapeur gène la condensation de celle-ci ; d'autre part, Tammoniaque étant plus légère que la vapeur d'eau vient se cantonner à la partie haute des chambres de chauffage, où elle fait obstacle à l'arrivée de la vapeur. Elle empêche la condensation et diminue, de toute la hauteur qu'elle occupe, la longueur utile du faisceau tubulaire. En outre, les vapeurs ammoniacales attaquent le cuivre et, si on n'avait pas le soin de les évacuer, elles pourraient amener la destruction des faisceaux tubulaires.
Dans les chambres de vapeur qui entourent les tubes de la première chaudière, la pression étant supérieure à celle de l'atmosphère, les tuyaux d'écoulement d'eau condensée peuvent déboucher directement à l'air libre ; mais, pour les autres chambres où il existe une dépression, on est obligé de réunir les tuyaux d'écoulement sur une conduite en communication avec la pompe à air ou avec une pompe spéciale comme nous l'avons dit antérieurement.
Il nous reste à parler d'une autre disposition qui a permis d'établir des appareils d'évaporation de très grandes dimensions.
Nous avons vu que la vapeur circule autour des tubes du faisceau tubulaire et que ceux-ci sont remplis de sirop; il en résulte que les incrustations se déposent à l'intérieur de ces tubes; cette disposition facilite le nettoyage, mais gène la circulation du liquide sucré. Les tubes ayant un faible diamètre (o'^joS), afin de permettre de grouper une grande surface de chauffe sous un petit volume, ne peuvent avoir qu'une longueur assez restreinte ; sinon, lorsque le liquide sucré est en ébullition, les bulles de vapeur réunies dans un même tube peuvent acquérir assez de volume et de tension pour chasser le sirop qui remplissait la
partie haute de ce tube. Il existe un antagonisme permanent entre le courant ascendant de vapeur qui sort d'un tube et le courant descendant de liquide qui vient l'alimenter.
Le retour du liquide dans le faisceau tubulaire s'effectuant difficilement et incomplètement, il en résuite qu*une notable partie de la surface de chauffe est mal utilisée.
Pour faire disparaître cet inconvénient, on a disposé au centre de chaque chaudière un tube de très gros diamètre par lequel le liquide soulevé redescend constamment pour venir remplacer celui qui s'élève dans les tubes de faible diamètre ; cette modification a permis de porter à i°^,7o la longueur des tubes, qui jusque là n'avait guère pu dépasser l'^yoo. Nous avons déjà rencontré l'application d'une disposition analogue dans les chaudières à distiller l'eau de mer.
Chacune des chaudières de l'appareil d'évaporation est pourvue d'une série d'accessoires dont les principaux sont : un indicateur du vide et de la température; un bouchon placé à la partie inférieure pour le nettoyage des tubes; un trou d'honame; une ouverture rectangulaire pourvue de g]^ces permettant de suivre la marche de l'opération ; en face de cette ouverture, une lunette ronde également garnie d'une glace servant à éclairer l'intérieur, qui laisse passer un rayon lumineux des appareils; un robinet de vidange placé à la partie inférieure pour l'évacuation des sirops par le tuyau Y, quand l'opération est terminée; un robinet, dit « beurre, qui sert à l'introduction de graisse fondue pour abattre les mousses, et enfin un appareil de prise
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dépreuve, qui sert à constater le degré d'avancement de Topération.
Des tuyauteries spéciales permettent de faire arriver de la vapeur, de Teau ou des liquides pour le nettoyage intérieur des tubes. (Voir la figure 555 et la légende qui raccompagne.)
La dernière chaudière, qui renferme le jus le plus épais, est plus sujette aux incrustations que les deux premières et il peut être nécessaire de la nettoyer plusieurs fois au cours d'une campagne de fabrication. Afin de permettre le nettoyage sans entraver la marche de l'usine, l'appareil à triple effet est disposé pour fonctionner au besoin à double effet, en faisant communiquer la conduite X avec Tune des chaudières B ou C à volonté. Lorsqu'on veut isoler la troisième caisse, il suffit de fermer le robinet G et d'ouvrir le robinet F; les vapeurs qui se dégagent de la seconde caisse passent alors directement au condenseur. Dans ce cas, les sirops sortent moins concentrés et le complément de Tévaporation se fait dans la chaudière à cuire. C'est un procédé peu recommandable, parce qu'il donne lieu à un accroissement de dépense de combustible pour amener les sirops au degré de concentration habituel (iS^'fB.); il ne faut donc l'employer que pendant le temps strictement nécessaire pour le nettoyage de la troisième chaudière du triple effet.
On remarquera que le diamètre des trois chaudières va en augmentant à mesure que la pression intérieure diminue, c'est là un usage généralement adopté, bien que cependant il ne paraisse pas justifié en principe.
Cependant, il a été constaté en pratique que, pour un écart constant de température, la même surface de chauffe ne donne pas une égale vaporisation dans les trois caisses du triple effet. On vaporise plus dans la première que dans la troisième. Cet effet provient sans doute en grande partie de ce que le jus devenant de plus en plus épais à mesure de sa concentration, la vapeur se dégage moins facilement et le liquide lui-même éprouve plus de difficulté à circuler au contact des surfaces de chauffe. De plus, les incrustations se déposant en plus grande quantité dans les deux dernières caisses où le jus est le plus con-
centré, tendent aussi àréduire l'efficacité des surfaces chauffantes.
Les trois chaudières sont recouvertes de revêtements en bois pour diminuer les pertes par le refroidissement extérieur.
Les deux plaques tubulaires sont entretoisées en quatre points afin d'empêcher la déformation. L'étanchéité des joints des tubes et des plaques tubulaires est obtenue au moyen de rondelles en papier fort, interposées entre les surfaces métalliques adjacentes. Les grands joints des plaques tubulaires avec les calandres sont faits au moyen d'anneaux en caoutchouc enclavés dans des rainures concentriques et traversés par quelques boulons seulement ; cette disposition a été prise dans le but de permettre la libre dilatation des plaques tubulaires au moment du chauffage.
L'appareil à triple effet, tel que nous venons de le décrire, peut prendre des proportions colossales ; l'application la plus importante en a été faite à la sucrerie d'Escaudœuvres, près de Cambrai, où un seul appareil traite 20000 hectolitres de jus par jour.
Les diamètres des trois chaudières sont respectivement i'^^So, 5", 10 et 5",6o.
Les tubes dont la longueur est de i°',7D entre plaques sont au nombre de 38 1 g dans la première chaudière, 5017 dans la deuxième et 6180 dans la troisième.
D'une manière générale, on compte que pour traiter 1000 hectolitres de jus par 24 heures il faut une surface de chauffe de I So"'^ se répartissant ainsi : SS^'ï pour la première chaudière, So"*' pour la deuxième et 62"**» pour la troisième.
Les jus à évaporer contiennent environ 12 kilogr. de sucre et de matières salines pour 88 d'eau, et leur densité est de 1,00; les 1000 hectolitres de jus renferment donc 92400 kilogr. d'eau et 12600 kilogr. de sucre et de sels. On obtient par la concentration un sirop qui renferme 33 kilogr. de sucre et de matières salines pour 67 kilogr. d'eau. En admettant qu'il ne se soit formé aucun dépôt, le sucre et les sels des jus sont alors dissous dans une quantité d'eau donnée par le rapport
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il a donc fallu enlever
92400 — a5885=665i5 kilogr. d'eau.
Ceci montre que i"''^ de surface de chauffe de Tappareil à triple effet, permet de vaporiser environ 443 kilogr. d'eau en 24 heures, soit i8%4) à l'heure.
977. Appareil & triple effet horizontal. — Les appareils verticaux sont encombrants parce que, en raison de ce que leur faisceau tabulaire a une hauteur limitée, on est forcé de leur donner de grands diamètres, lorsqu'on a besoin de surfaces chauffantes considérables.
Dans certains cas, pour éviter cet encombrement, les caisses du triple effet ont été disposées horizontalement, ce qui permet de donner aux tubes une longueur presque égale à celle des caisses. Dans ces appareils la vapeur circule à l'intérieur des tubes qui sont plongés dans le jus sucré. Le faisceau tubulaire occupe dans chacune des caisses la partie située au-dessous du diamètre moyen et se répartit en trois groupes dont l'ensemble forme un serpentin à trois branches que la vapeur parcourt successivement. La tuyauterie est disposée de manière que l'appareil puisse fonctionner à double et même à simple effet.
Voici les dimensions principales d'un appareil à triple effet d'importance moyenne.
Première caisse. — Diamètre, i",45o; capacité totale (liquide et vapeur), 6"'%4io; renfermant 206 tubes qui représentent une surface de chauffe de 82°*^.
Deuxième caisse. — Diamètre, i",7oo; capacité 8"*^,725; renfermant 329 tubes qui représentent une surface de chauffe
mS
de i32
Troisième caisse. — Diamètre, i",9oo; capacité, 11 "',075; nombre de tubes, 364; surface de chauffe, 146°*^.
La distance entre les plaques tubulaires de chacune des caisses est de 4 mètres et le diamètre des tubes est de 32 millimètres extérieurement.
L'expérience a prouvé qu'on vaporise dans cet appareil lô'^jS d'eau par heure et par mètre carré de surface de chauffe. On peut
donc, avec un appareil évaporafoire ayant les dimensions cidessus indiquées, opérer la concentration journalière d'environ 2200 hectolitres de jus amenés de 5 à i8^ Beaumé.
Dans ce triple effet horizontal, les incrustations se déposent à l'extérieur des tubes et Tenlèvement de ces dépôts présente les mêmes difficultés que dans les chaudières tubulaires ; ce qui a conduit à établir des appareils à tubes amovibles.
978. Condenseur réohauffeur. — On a rendu encore plus complète l'utilisation de la chaleur dans les appareils à triple effet, en mettant à leur suite un condenseur réchauffeur de jus que nous avons représenté dans la figure d'ensemble 555 el qui utilise une partie de la chaleur renfermée dans les vapeurs qui s'échappent de la troisième chaudière.
Ce condenseur sert à chauffer les jus provenant des diffuseurs et qui se rendent à la première carbonatation. Il se compose d'un cylindre vertical renfermant un faisceau de tubes que le liquide à chauffer parcourt de bas en haut.
A sa partie supérieure, ce cylindre comporte un renflement formant vase de sûreté, dans lequel arrive la vapeur sortaot de la troisième caisse de l'appareil d'évaporation et où, par un brusque changement de direction, elle se débarrasse du Uquide qu'elle a pu entraîner.
Cette vapeur descend autour des tubes dans lesquels s'élève le jus qu'on veut chauffer, se rend à la base du réchauffeur et passe enfin au condenseur.
Le jus pénètre dans le condenseur réchauffeur à une température de lo** en moyenne et en sort à environ 4o®.
Un tuyau spécial permet d'isoler le réchauffeur et de faire passer le jus directement dans les bacs à carbonater, lorsqu'il y a lieu d'effectuer le nettoyage des tubes. On est obligé de procéder fréquemment à cette opération, car le lait de chaux ajouté dans les jus, avant la défécation, abandonne dans les parties chauffées des dépôts incrustants qui diminuent la transmission de la chaleur, réduisent la section de passage des tubes et peuvent même obstruer complètement ces derniers.
