Évaporateur
Concentrer, récupérer et cristalliser — avec la consommation de vapeur la plus faible de l'industrie.
L'évaporation est l'opération unitaire la plus énergivore dans le traitement des liquides — pourtant la plupart des installations utilisent encore des systèmes à effet unique qui gaspillent 90% de la chaleur latente de l'eau évaporée. Lozzar conçoit des évaporateurs multi-effet et à recompression mécanique de vapeur (MVR) qui réutilisent la vapeur évaporée comme milieu chauffant pour l'étape suivante, atteignant des économies de vapeur de 3–10 kg d'eau évaporée par kg de vapeur consommée.
Comment fonctionnent les évaporateurs — et comment minimiser les coûts énergétiques
Un évaporateur concentre un liquide en fournissant de la chaleur pour vaporiser le solvant (généralement de l'eau) tandis que les solides dissous ou en suspension restent dans la phase liquide.
L'**évaporation à effet unique** consomme 1,0–1,1 kg de vapeur par kg d'eau évaporée. Acceptable seulement pour de petites capacités (<500 kg/h) ou quand le coût de la vapeur est négligeable.
L'**évaporation multi-effet (MEE)** réutilise la vapeur secondaire de l'effet 1 comme vapeur chauffante pour l'effet 2. Chaque effet supplémentaire divise environ par deux la consommation de vapeur : 2-effet = 0,5 kg/kg ; 3-effet = 0,33 ; 5-effet = 0,2. L'optimum est typiquement 3–5 effets pour des capacités industrielles supérieures à 2 000 kg/h.
La **recompression mécanique de vapeur (MVR)** comprime la vapeur secondaire avec un compresseur centrifuge et la retourne comme milieu chauffant. Consommation d'énergie spécifique : 15–35 kWh/tonne. MVR est l'option à coût d'exploitation le plus bas lorsque l'électricité coûte moins de 5× l'énergie vapeur équivalente.
La **recompression thermique de vapeur (TVR/TVC)** utilise un éjecteur à vapeur sans pièces mobiles ; économie de vapeur 1,5–3,5 kg/kg.
Quick Reference
Technical Specifications
All parameters are indicative ranges. Final sizing is determined by process simulation based on your specific material and throughput requirements.
Paramètres d'exploitation
| Parameter | Value / Range | Note |
|---|---|---|
| Capacité d'évaporation | 100 kg/h – 100 t/h water evaporated | Systèmes multi-trains parallèles pour >100 t/h ; unités modulaires sur skid pour <2 t/h |
| Économie de vapeur (effet unique) | 0.9 – 1.1 kg evaporation / kg steam | De référence ; voir multi-effet et MVR pour de meilleures options |
| Économie de vapeur (MEE 3-effet) | 2.5 – 3.0 kg evaporation / kg steam | MEE 5-effet : 4,0–5,0 ; ajout étage TVR : jusqu'à 8,0 |
| Énergie spécifique (MVR) | 15 – 35 kWh / tonne water evaporated | Équivalent à MEE 10–15 effets ; dépend de l'élévation du point d'ébullition et ΔT compresseur |
| Plage de pression d'exploitation | -0.95 bar g (vacuum) to +6 bar g | Fonctionnement sous vide abaisse le point d'ébullition — permet de traiter des produits sensibles à la chaleur ; vide jusqu'à 20 mbar abs réalisable |
| Concentration alimentation (entrée) | 1 – 50 wt% dissolved solids | La circulation forcée gère jusqu'à 70% en poids et les boues proches de la saturation ; cristalliseur gère >saturation |
| Concentration produit (sortie) | Up to saturation / crystallisation point | Film tombant : jusqu'à 50% en poids ; circulation forcée : jusqu'à 70–80% ; cristalliseur : produit solide sec |
| Pression vapeur chauffante | 0.5 – 20 bar g | 0,5 bar g = 112°C ; 6 bar g = 165°C ; 20 bar g = 212°C ; pression plus élevée = ΔT plus grand = moins de surface chauffante requise |
| Coefficient global de transfert U (film tombant) | 1,500 – 3,500 W/m²·K | Circulation forcée : 800–2 500 W/m²·K ; film montant : 1 000–2 500 W/m²·K ; plaque : 2 000–5 000 W/m²·K |
| Matériaux de construction | SS 304 / SS 316L / Duplex / Titanium / Hastelloy C-276 | Sélection selon produit, pH, teneur en chlorures et température ; acier au carbone pour utilités non corrosives |
| Méthode de nettoyage | CIP (caustic/acid), steam-clean, high-pressure water, mechanical rodding | Film tombant : NEP par recirculation NaOH 1–2% puis HNO₃ 0,5–1% à 70–80°C ; circulation forcée : plus facile à nettoyer par chasse à grande vitesse |
Comparaison des types de corps d'évaporateur
| Parameter | Value / Range | Note |
|---|---|---|
| Film tombant (FF) | U: 1,500–3,500 W/m²·K; residence time: 2–30 s; ΔT_min: 3°C | Meilleur pour les alimentations sensibles à la chaleur, peu visqueuses (µ < 100 mPa·s) ; évaporation douce ; différence de température minimale la plus faible ; pas adapté aux alimentations encrassantes/entartrantes |
| Circulation forcée (FC) | U: 800–2,500 W/m²·K; tube velocity: 2–4 m/s; ΔT_min: 5°C | Meilleur pour les liquides entartrants, encrassants ou très visqueux (µ jusqu'à 5 000 mPa·s) ; écoulement à grande vitesse minimise le dépôt de tartre ; service cristallisation sel ; CAPEX le plus élevé |
| Film montant (RF) / Tube long vertical | U: 1,000–2,500 W/m²·K; tube length: 3–8 m; ΔT_min: 8°C | Faible investissement, construction simple ; nécessite ΔT plus élevé que film tombant ; adapté aux liquides non entartrants ; U inférieur au FF pour liquides visqueux |
| Évaporateur à plaques (type PHE) | U: 2,000–5,000 W/m²·K; ΔT_min: 2°C; compact | U le plus élevé ; empreinte la plus réduite ; T < 160°C ; plaques entièrement accessibles pour le nettoyage ; version jointée pour service NEP alimentaire/pharma |
| MVR (boucle vapeur assistée mécaniquement) | 15–35 kWh/t; steam consumption: near-zero; ΔT across compressor: 5–20°C | Meilleur coût sur cycle de vie quand ratio coût électricité:vapeur < 1:5 ; non viable pour BPE élevé (> 15°C) |
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→ Send process data on WhatsAppExemples d'application
Données de référence provenant d'installations industrielles. Les valeurs réelles dépendent de la consistance de l'alimentation, de la distribution granulométrique et de la qualité requise du produit.
| Matériau | Humidité entrée | Humidité sortie | Granulométrie | Temp. gaz | Secteur |
|---|---|---|---|---|---|
| Concentration lactosérum / lait | 93–96% water (4–7% total solids) | 55–60% water (40–45% total solids — pre-spray drying concentrate) | True solution (no particles) | 62–72°C (pasteurised); vacuum evaporation at 40–55°C to protect proteins | Laiterie / Alimentaire |
| Concentration soude caustique (NaOH) — 30% → 50% | 70% water (30 wt% NaOH) | 50% water (50 wt% NaOH) | Clear solution (no solids until >70% NaOH) | BPE: +8–12°C above pure water boiling point at operating pressure | Chimie / Chlore-alcali |
| Concentration + cristallisation sulfate d'ammonium (NH₄)₂SO₄ | 60–70% water (NH₄)₂SO₄ from scrubber | Crystal slurry at saturation; centrifuged → dry fertiliser granules | Crystal size controlled by residence time and seeding: d50 0.5–2 mm target | Boiling at 80–105°C under vacuum; BPE +6°C | Engrais / Chimie / Traitement gaz de fumée |
| Purge épurateur ZLD — cristallisation NaCl / Na₂SO₄ | 85–95% water (mixed salts from scrubber circuit) | Dry salt crystals (NaCl, Na₂SO₄, CaSO₄) for disposal / recovery | Mixed salt slurry → crystal size d50 0.2–1 mm | 70–110°C under vacuum (forced circulation evaporator) | Déchets / Chimie / Production d'énergie |
| Concentration tomate / jus de fruits | 93–96% water (4–7 °Brix) | 70–72% water (28–30 °Brix paste or 65–68 °Brix triple concentrate) | Suspended pulp; viscosity rises sharply above 25 °Brix | Vacuum evaporation at 42–55°C (preserve colour, vitamins, aroma) | Alimentaire / Boissons |
| Concentration liqueur noire (pâte à papier) | 85% water (15% dry solids) | 20–25% water (75–80% dry solids — combustible in recovery boiler) | Complex organic + inorganic mixture; high fouling tendency | Multiple effect + TVR; T 70–130°C; high BPE due to dissolved organics | Pâte à papier & papier |
| Récupération liqueur mère pharmaceutique (cristallisation API) | 70–90% organic solvent + water mixture | API crystals + recovered solvent for reuse | API crystals d50 10–200 µm (controlled by supersaturation and seeding) | Vacuum evaporation at 20–60°C; ATEX Zone 1 (solvent vapour); SS 316L / Hastelloy | Pharmacie / Chimie fine |
| Concentration jus de sucre (betterave / canne) | 85% water (15 wt% sucrose) | 35% water (65 wt% sucrose — Brix 65, saturated syrup) | Clear solution after clarification; BPE +1.5°C at 65 °Brix | Quintuple effect evaporation at 65–130°C; steam economy 4.5–5.0 kg/kg | Sucre / Alimentaire |
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Configurations d'évaporateurs
Évaporateur à film tombant (FFE)
Le liquide d'alimentation est distribué uniformément sur le dessus des faisceaux tubulaires verticaux et descend sous forme de film mince sur les parois intérieures des tubes pendant que la vapeur se condense à l'extérieur. Le film tombant maximise le contact avec la surface de transfert de chaleur avec un minimum de rétention liquide — temps de séjour 2–30 secondes contre 5–30 minutes pour la circulation forcée. Cela rend l'FFE uniquement adapté aux produits sensibles à la chaleur : produits laitiers, pharmaceutiques, arômes, vitamines. ΔT minimum aussi faible que 3°C. Non adapté aux liquides visqueux (µ > 200 mPa·s) ou aux alimentations sujettes à la cristallisation dans le film.
Évaporateur à circulation forcée (FCE)
Une pompe centrifuge fait circuler le liquide de procédé à grande vitesse (2–4 m/s) à travers un échangeur tubulaire (la calandre) où il est surchauffé légèrement au-dessus du point d'ébullition, puis détendé dans un corps de vapeur séparé à pression plus faible. L'évaporation se produit dans la zone de détente — pas sur les surfaces des tubes — éliminant l'ébullition en film et l'entartrage. Gère les liquides des solutions aqueuses diluées jusqu'aux boues proches de la saturation, les liquides très visqueux et les solutions sujettes à la cristallisation. CAPEX le plus élevé de tous les types d'évaporateurs. La seule option viable pour le service de cristallisation de sel.
Évaporateur MVR (recompression mécanique de vapeur)
La vapeur secondaire quittant le corps de l'évaporateur est comprimée par un compresseur centrifuge ou un surpresseur Roots, élevant sa température de condensation de 5–20°C au-dessus du point d'ébullition du liquide d'alimentation dans l'échangeur — créant la force motrice de température nécessaire sans consommer de vapeur. Consommation d'énergie nette : 15–35 kWh par tonne d'eau évaporée. Vapeur de démarrage requise (30–60 min). Le MVR est économiquement supérieur au MEE multi-effet lorsque le ratio coût électricité/vapeur < 1:4,5. Non adapté lorsque la BPE > 15°C.
Quand choisir un évaporateur — et lequel
Le liquide doit être concentré par élimination de l'eau et le produit est sensible à la chaleur (laiterie, pharma, alimentaire)
Évaporateur à film tombant sous vide (40–65°C) — temps de séjour du produit minimum, dommage thermique minimum, ébullition en film douce à la température la plus basse possible.
Le liquide cristallise sur les surfaces de chauffe ou contient des solides en suspension élevés qui bloqueraient un évaporateur à film
Évaporateur à circulation forcée — grande vitesse dans les tubes (2–4 m/s) maintient les surfaces propres ; évaporation dans la zone de détente élimine l'ébullition en surface des tubes ; gère les boues jusqu'à 70% en poids de solides dissous.
Capacité d'évaporation > 2 000 kg/h et le coût de la vapeur est important (l'énergie représente > 30% du coût d'exploitation)
MEE multi-effet (3–5 effets) réduit la consommation de vapeur à 0,2–0,33 kg/kg. Comparer avec MVR : si le coût de l'électricité est < 5× le coût de l'énergie vapeur, le MVR donne un coût d'exploitation inférieur. Lozzar calcule les deux options en phase de faisabilité.
Le rejet liquide de l'épurateur ou du traitement des eaux usées n'est pas acceptable et le ZLD est exigé par le permis
Évaporateur à circulation forcée + cristalliseur à circulation forcée — produit des cristaux de sel sec avec zéro effluent liquide. Intégrer avec épurateur et échangeur de chaleur dans un seul package ZLD avec une garantie de performance.
Quand NE PAS utiliser un évaporateur
Le produit doit être complètement sec (< 1% d'humidité) — l'évaporation ne peut pas atteindre le stade complètement sec ; un sécheur est nécessaire pour le séchage final
Le volume de liquide est faible (< 200 kg/h) et le coût de la vapeur est bas — un simple effet unique avec chauffage direct au feu ou à eau chaude est suffisant
Le solvant est organique (pas de l'eau) et la récupération est l'objectif — une colonne de distillation donne une séparation plus nette qu'un évaporateur
Le liquide contient des sels dissous très élevés avec BPE > 20°C — MVR n'est pas viable et le multi-effet est coûteux ; la cristallisation directe peut être plus économique
Vous ne savez pas quel sécheur convient à votre procédé ? Nous examinerons vos spécifications et recommanderons la solution optimale.
Ask a technical question →Questions fréquentes — Évaporateurs
La comparaison au seuil de rentabilité est basée sur le coût d'exploitation annuel : Coût MEE annuel = débit_évaporation (t/h) ÷ économie_vapeur × prix_vapeur (€/t) × heures_exploitation/an. Coût MVR annuel = débit_évaporation (t/h) × électricité_spécifique (kWh/t) × prix_électricité (€/kWh) × heures_exploitation/an. Aux prix européens 2024 : pour 1 t/h évaporation à 8 000 h/an — MEE 3 effets consomme 0,33 t vapeur/h → 52 800 €/an ; MVR consomme 25 kWh/t → 25 000 kWh/an → 2 500 €/an. Le MVR gagne de façon décisive sauf si la prime de coût d'investissement ne peut être amortie. Exception : fluides à BPE élevé.
Issus de nos projets
Équipements associés
Spray Dryer
Évaporateur + sécheur spray est la séquence classique concentration/séchage en 2 étapes pour laiterie, alimentaire et pharma : évaporer de 5% à 45–50% solides (faible coût énergétique), puis sécher au spray (coût élevé mais petit volume)
View productWet Scrubber
Évaporateur à circulation forcée + cristalliseur convertit la purge de l'épurateur en sel sec — le back-end ZLD pour tout système d'épurateur sans autorisation de rejet liquide
View productHeat Exchanger
Le condensat de chaque effet d'évaporateur doit être récupéré par un échangeur de chaleur et retourné comme eau d'alimentation chaudière — l'intégration thermique combinée réduit la demande totale en vapeur de 5–15% supplémentaires
View productCrystallizer
L'évaporateur concentre le liquide jusqu'à la quasi-saturation ; le cristalliseur le mène à la cristallisation et sépare le produit solide — les deux unités sont toujours conçues ensemble comme un système évaporation-cristallisation intégré
View productDemander un devis pour cet équipement
Inclure dans votre demande :
- →Liquide d'alimentation : nom/composition, concentration (% poids ou °Brix), débit massique (kg/h) et température (°C)
- →Concentration de sortie cible (% poids ou °Brix) et température maximale admissible du produit
- →Taux d'évaporation requis (kg/h d'eau à éliminer)
- →Tendance à l'encrassement/entartrage : le liquide entartre-t-il, cristallise-t-il ou mousse-t-il ?
- →Viscosité à la concentration d'alimentation et cible (mPa·s)
- →Pression vapeur disponible (bar g) et température eau de refroidissement (°C)
- →Préférence : MEE multi-effet ou MVR ? (Lozzar calculera les deux et recommandera)
- →Service : continu ou discontinu ? Heures par an ?
- →Exigences réglementaires : BPF (alimentaire/pharma) ? Zone ATEX ? Catégorie DAPP ?
- →Contraintes site : surface disponible (m²) et hauteur maximale (m)