Brevet FR2003972A1 — publié le 19691114

L'invention concerne un dispositif de eoalescence servant à retirer un liquide de phase minoritaire d'un mélange émulsifié comprenant des liquides de phases minoritaire et majoritaire; . Bile est particulièrement applicable lorsqu'il s'agit de retirer 5 l'eau d'une énrulsion d'eau et d'hydrocarbure comme celles qui se forment dans les combustibles pour moteurs à réaction, l'essence, le pétrole lampant et combustibles similaires» ou dans les mazouts* Il est actuellement connu, en principe, de retirer un liquide de phase minoritaire, tel que l'eau, d'une émulsion compre-10 nant des liquides de phases minoritaire et majoritaire, telle qu'un combustible pour moteursà réaction, au moyen d'un dispositif de coalescence* Les systèmes actuellement connus sont généralement formés d'une cuve de coalescence dans laquelle est disposée une cartouche de coalescence formée de matières hydrophiles et hydro-1 5 phobes à travers lesquelles on fait passer l'émulsion de manière à séparer le liquide de phase minoritaire du liquide de phase Majoritaire» En général, la cuve de coalescence est située dans un tuyau à travers lequel on pompe à grande vitesse un combustible 20 formé d'hydrocarbures, tel qu'un combustible pour moteurs à réaction* La séparation se produit quand la phase liquide minoritaire (eau) de l'énulsion est retardée dans son passage à travers la cartouche et que, par suite, elle se concentre sur la matière pour former des gouttelettes, tandis que la phase liquide majoritaire 2(5 (hydrocarbure) qui n'est pratiquement pas affectée par la matière de la cartouche passe à travers la chambre de coalescence* Bans un cas typique, le liquide de phase minoritaire (eau) a une densité plus élevée que le liquide de phase majoritaire et, par suite, il tend à se déposer au fond de la cuve de coalescence* Toutefois, 30 étant donné la grande vitesse du liquide de phase majoritaire (hydrocarbure) lorsqu'il traverse le système, une partie des gouttelettes du liquide de phase minoritaire (eau) est généralement entraînée avec le liquide de phase majoritaire (hydrocarbure)* Aussi, on a trouvé nécessaire de placer un filtre ou un tube de 35 toile dans le système pour empêcher l'écoulement des gouttelettes de liquide de phase minoritaire et faciliter le processus de dépôt. Dans chacun des systèmes de la technique antérieure, le liquide de phase minoritaire se rassemble en gouttes de grosseur déterminée par le hasard et, par suite, la séparation entre les 40 liquides de phase minoritaire et de phase majoritaire et le dépôt 69 06999 2 2003972 du liquide de phase minoritaire au fond de la cuve de coalescence se font de façon moins prévisible et moins efficaee que s?il s'agissait de retirer de la cartouche de coalescence des gouttelettes de liquide de phase minoritaire présentant une grosseur 5 uniforme et prévisible. En conséquence, l'un des buts de l'invention est de fournir un dispositif de coalescence qui permette de séparer un liquide de phase minoritaire d'un liquide de phase majoritaire et dans lequel l'étape de coalescence ait pour effet à*accumuler des 10 gouttelettes de phase minoritaire présentant une grosseur prévisible et pratiquement uniforme• Un autre but est de fournir un système qui rassemble efficacement un liquide de phase minoritaire en gouttes de grosseur pratiquement uniforme sans entraver excessivement l'écoulement du 15 liquide de phase majoritaire. Un autre but est de fournir une cartouche de coalescence destinée à ma© rarve de coalescence et qui soit conçue de manière à ïasseahlôs1 1® lifalde de phase minoritaire d'une éaulsion en gouttelettes â© @£®£5E@as? mîf@2ne et prévisible* 24 Belm @n prévait wa. dispositif de e©aX®sesa- G3 ser^aat à sépssss? seras s© g@att®lettes de gsosscMs? paM» qaeœaat isslfasa© m liqaide Suivant l'invention, on prévoit aussi un procédé de fabrication d'un dispositif de coalescence conçu pour séparer sous forme de gouttelettes de "grosseur pratiquement uniforme un liquide de phase minoritaire d'un mélange émulsifié comprenant celui-ci et 40 un liquide de phase majoritaire, procédé qui consiste à former un BAD ORIGINAL 69 06999 2003972 cylindre de fibres de verre traversé par un coeur central, à imprégner de résine jusqu'à une profondeur prédéterminée les surfaces extérieure et intérieure du cylindre de manière à former un réseau entrelacé de parcours hydrophiles entre la section intermédiaire 5 sans résine et la surface extérieure de la section extérieure imprégnée de résine. Suivant l'invention, on prévoit encore une variante du procédé de fabrication d'un dispositif de coalescence qui est décrit ci-dessus, variante suivant laquelle, après l'application de 10 résine aux surfaces intérieure et extérieure du cylindre, on perfore la surface extérieure et on y insère des sections individuelles de matière hydrophile. lia cartouche de coalescence remplaçable est conçue pour être placée dans un tuyau à combustible où l'écoulement se fait à 15 grande vitesse. La cartouche de coalescence peut être un objet de forme cylindrique présentant une ouverture axiale de cœur à travers laquelle on introduit l'émulsion liquide comprenant la phase majoritaire et la phase minoritaire. la portion intérieure de la cartouche de coalescence est foxmée d'une matière emmêlée de façon 20 serrée qui joue efficacement le rôle d'un filtre séparant les impuretés du liquide mais qui, en outre, constitue tin moyen d'assurer une légère coalescence initiale. Autour de la section de filtre est disposée concentriquement une section de fibres qui sont choisies pour leur propriété de pouvoir être mouillées par le 25 liquide de phase minoritaire. La majorité de la coalescence se produit dans cette section. Enfin, la section circonférentielle extérieure de la cartouche est formée à la fois de matières ou milieux fibreux mouillables et non mouillables par la phase minoritaire, disposés de façon entrelacée. La matière ou les milieux 30 fibreux mouillables de cette section peuvent être identiques à la matière de la section intermédiaire et forment effectivement de multiples passages distincts permettant au liquide de phase minoritaire de passer à travers la structure pour arriver à sa surface extérieure. Inversement, les portions de la structure qui ne sont 35 pas mouillables par la phase minoritaire sont formées d'une matière qui résiste au mouillage par le liquide de phase minoritaire mais qui, par son affinité pour le liquide de phase majoritaire, facilite le passage de celui-ci au travers. Par suite de cette structure, le liquide de phase minoritaire se rassemble dans la section 40 circonférentielle intermédiaire, par suite du fait qu'il mouille 69 06999 4 2003972 les fibres mouillables par la phase minoritaire. Dans la section circonférentielle extérieure, tandis que le liquide de phase msjs» ritaire continue de passer pratiquement sans entrave à travers le dispositif de coalescence, ie liquidecfe phase minoritaire cherche 5 les parcours formés par les milieux fibreux mouillables par la phase minoritaire et évite ainsi de passer par les milieux fibreux mouillables par la phase majoritaire. Donc, le liquide de phase minoritaire se rassemble dans la zone resserrée et,par suite, il se forme des gouttes plus grosses. La grosseur des gouttes est 10 généralement fonction de la grandeur du passage resserré et, par suite, il se forme des gouttelettes de grosseur uniforme. De préférence, le diamètre des parcours mouillables par la phase minoritaire diminue depuis la zone de coalescence en direction de l,extrémité d'évacuation du dispositif de coalescence, 1 5 Afin que l'invention puisse être plus complètement com prise, on la décrira maintenant, à titre d'exemple, à propos des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une élévation en coupe du dispositif de coalescence dans lequel est montée la cartouche de coalesceneo 20 de l'invention ; « la figure 2 est une perspective de la cartouche de coalescence suivant l'invention ; - la figure 3 est une coupe de la cartouche de coaXeeesae© suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; 25 - la figure 4 est une vue partielle agrandie de la stasfa» ce de la cartouche de coalescence représentée à la figure 2, Comme le montre la figure 1, une cuve de coalescence 10 comporte des agencements permettant de la relier à une canalisais,esi de combustible, La cuve 10 est essentiellement formée d'une chaste® 30 intérieure 11, d'une ouverture d'entrée 12, d'une ouverture de sortie 14, d'une cartouche de coalescence 20, d'un manchon coll©e= teur extérieur 16 et d'une réserve 18 destinée à l'accumulation du liquide de phase minoritaire. La cuve de coalescence 10 est conçue pour être montée 35 dans une canalisation de combustible, l'ouverture d'entrée 12 étaat disposée de manière à recevoir l'émulsion de combustible etd'@@a de façon que le combustible exempt d'eau soit renvoyé à la canalisation de combustible par l'ouverture de sortie 14, Pour assurer la coalescence, l'émulsion de combustible et d'eau, une fois entrée 40 dans la cuve 10 par l'entrée 12, afflue directement au coeur 28 de 69 06999 5 2003972 la cartouche 20 et passe à travers les parois poreuses de la cartouche 20 oïl le liquide de phase minoritaire se rassemble en gouttelettes. Etant donné que ces gouttelettes ont une plus forte densité que le liquide de phase majoritaire, elles se déposent au 5 fond de la chambre 11 et s* accumulent finalement dans la réserve 18» le liquide de phase majoritaire poursuit son parcours à travers le tamis 16 disposé circonférentiellement autour de la cartouche et passe finalement par des ouvertures 19 pour arriver à -une chambre annulaire qui communique avec l'ouverture de sortie 14 reliée à la 10 canalisation de combustible. Comme on le voit surtout sur les figures 2 et 3, la cartouche de coalescence 20 de l'invention est muni e d'une ouverture de cœur 28 disposée axialement, à travers laquelle entre le liquide émulsifié. La section circonférentielle intérieure 26 d® la cartou-15 che 20 est conçue pour jouer le rôle de filtre à impuretés, Elle est donc formée de matière filtrante emmêlée de façon serrée et, pour faciliter la filtration avec le minimum d'accumulation d8impureté s, la surface intérieure de la section de filtration 26 peut être fendue, perforée ou agrandie d'une antre manière afin que 20 1#agglomération d*impuretés en surface ne crée pas prématurément de pertes de charge excessives à la traversée de l'élément. On a trouvé désirable de former la section de filtration 26 en fibres de verre imprégnées de résine qui, bien qu'elles soient caractéris-tiquement hydrophobes, assurent une coalescence limitée de l'énrul-25 sion dans cette zone. La section intermédiaire 24 de la cartouche 20 est disposée circonfértoti ellement juste autour de la section de filtration 26 et est formée de milieux fibreux hydrophiles. Dans cette section, il se produit le maximum de coalescence puisque le liquide 30 de phase minoritaire, qui est dans ce cas l'eau, mouille les fibres hydrophiles ou adhère à celles-ci tandis que le liquide de phase majoritaire passe sans entrave à travers les milieux fibreux hydrophiles. Par suite, le liquide de phase minoritaire se sépare du liquide de phase majoritaire, La concentration du liquide de 35 phase minoritaire dans la structure poreuse des milieux fibreux hydrophiles de la section 24 augmente par rapport à la concentration du liquide de phase majoritaire. Donc, la probabilité d'amener en contact deux ou plusieurs des gouttelettes de phase minoritaire de façon qu'elles se réunissent est accrue, 40 Si l'on continue vers l'extérieur, sur la cartouche de 69 06999 2003972 coalescence 20, la section circonférentielle finale 22 est formée à la fois de milieux fibreux hydrophiles et hydrophobes• Comme on le voit surtout sur la figure 3» la matière hydrophobe, telle qu'on la voit en coupe, constitue une série périphérique de zones 5 arquées 23® Inversement, la portion hydrophile de la section circonférentielle extérieure est formée de multiples saillies 24Î qui sont en fait des prolongements de la section hydrophile intermédiaire 24» Par suite, les saillies 24* sont simplement des parcours continus destinés au liquide de phase minoritaire. 0 Etant donné la forme arquée de la section des zones hy drophobes 23, les saillies hydrophiles 24* interposées entre les zone:s hydrophobes 23, présentent la forme de parcours convergents qui se terminent à la surface extérieure de la cartouche par des points de décharge resserrés 25» 5 Avec cette structure, les gouttelettes d'eau rassemblées lans la section intermédiaire 24 cherchent les saillies hydrophiles 24* à© la seetiem circonférentielle extérieure 22 au lieu des sec-tiens hydr©phobes 23, taadis que le liquide majoritaire passe, soit u travers les zœss MydrepJsslîes 23* soit à travers les saiHiss :£■ IropMJLes â48,> ave s 1© Frt Tamara âs Par suit© g, Xso samttslottos û'esa fesaéss dese la section iatesa&Siate®, qmollG Sue soit Xms so gaessafele&.'fe âsas les paresars les issEiës par les saillies 248 ©a eeav©Egeaa/j sœs? les p©:Ls.ts ë& décharge ffaessrrés §5& fosaeat Ses geait-fces de grossear gsaêlqpe-25 cent tmif©3snec £te a 'tecavé «p.© X8û& ©Misirè me disposition @£f±eaee âo : s-etisas hjâT®phoib®& 23 ersaaâ la s'asface 23* de chaque section :,ysls?©pîii©fe3 23 eàswssehe les quatrs gsarfaees hydrophobes adjacentes .S*, e33n@ 1s moE-tre la figure 4® Cette disposition a pour effet de 30 rlacer m. parcours hydrophile 24 et son point de décharge de liquide de phase minoritaire 25 entre un amas de quatre sections hydrophobes 23» En pratique, on a trouvé que la fibre de verre non imprégnée de résine est hydrophile mais qu'une fois imprégnée de 35 résine elle devient hydrophobe» En conséquence, une cartouche de coalescence 20 suivant l'invention peut être formée entièrement de fibres de verre, la section intérieure de filtration 26 et les zones extérieures hydrophobes 23 étant imprégnées de résine tandis que la section intermédiaire de coalescence 24 et la saillie 40 hydrophile 24* restent sans résine. BAD ORIGINAL 69 06999 7 2003972 Pour fabriquer le dispositif de coalescence de l'invention, on peut fabriquer un cylindre 20 en fibres de verre, y former une ouverture axiale 28 et imprégner préférentiellement de résine les surfaces intérieure et extérieure du cylindre 20» On applique 5 la résine à la surface extérieure de la cartouche de coalescence avec une configuration telle que l'on obtienne un réseau entrelacé de prolongements hydrophiles 24* entre la section intermédiaire 24 et la surface extérieure 25* Ou encore, pour fabriquer la section extérieure de la 10 cartouche de coalescence, on peut commencer par imprégner de résine les sections extérieure et intérieure de celle-ci, puis perforer préférentiellement sa surface extérieure et y insérer des éléments individuels de matière hydrophile. Il faut noter que pour la cartouche de coalescence 20 on 15a employé les mots "hydrophile" et "hydrophobe", ce qui impliquerait que le liquide de phase minoritaire à rassembler est l'eau. En pratique c'est généralement le cas mais la structure fondamentale prévue par l'invention n'est pas limitée à une émolsion dont la phase minoritaire est l'eau et la phase majoritaire un hydrocarbure. 20 Elle est applicable à tout système dans lequel il existe une émul-sion à phases minoritaire et majoritaire, la seule limitation est que la matière de la section intermédiaire de coalescence 24 et les saillies 24® aient une plus grande affinité pour le liquide de phase minoritaire que pour le liquide de phase majoritaire, mais 25 que les zones 23» conçues pour repousser le liquide de phase minoritaire ou rendre son passage difficile, soient choisies de manière à repousser le liquide de phase minoritaire sans repousser le liquide de phase majoritaire. De façon similaire, on a représenté et décrit l'invention 30 dans le cas où elle est prévue dans une cartouche de forme cylindrique. Il est évident que l'invention peut s'appliquer à un dispositif de coalescence de toute configuration. Il va de soi que le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus a été donné à titre purement indicatif 35 et non limitatif et que de nombreuses modifications peuvent lui être apportées sans sortir pour eela du cadre de l'invention. 69 06999 8 2003972 BEVEHDICATIOHS 1»- Dispositif de coalescence servant à séparer sous forme de gouttelettes de grosseur pratiquement uniforme un liquide de phase minoritaire d'un mélange émulsifié comprenant celui-ci 5 et un liquide de phase majoritaire, dispositif caractérisé par 1© fait qu'il comprend une première section poreuse de coalescence formée d'une matière mouillable par le liquide de phase minoritaire et conçue pour assurer la majeure partie de la coalescence du liquide de phase minoritaire, et une deuxième section disposée es. 10 aval de la première, formée d'une matière dont une partie est mouillable par le liquide de phase minoritaire et dont une autre partie est mouillable par le liquide de phase majoritaire, la première partie comprenant de multiples parcours traversant la matière non mouillable par le liquide de phase minoritaire et qui 15 se terminent à la surface d'aval de la deuxième section, la dimension de section de ces parcours diminuant vers l'aval, 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une section de filtration formée de matière emmêlée propre à séparer les impuretés du liquide est disposée immédiate- 20 ment en amont de la section de coalescence* 3«- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé pas le fait que les sections sont disposées concentriquement sous la forme d'une cartouche cylindrique autour d'un cœur central. 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou la revendiea= 25 tion 3, caractérisé par le fait que la section de coalescence et la deuxième section et, si on le désire, la section de filtratioa-sont formées d'une matière fibreuse. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé pas? le fait que la matière fibreuse de la section de filtration et âa. 30 la deuxième section est formée de fibres de verre Imprégnées de résine et que la matière fibreuse de la section de coalescence est formée de fibres de verre sans résine. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendicatica® 1 à 5, caractérisé par le fait que la matière mouillable par le 35 liquide de phase minoritaire est hydrophile et que la matière mouillable par le liquide de phase majoritaire est hydrophobe. 7.- Dispositif selon les revendications 4, 5 ou 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que la matière fibreuse - mouillable pax-le liquide de phase minoritaire contenue dans la deuxième sectioa 40 constitue en fait des prolongements de la matière fibreuse semblable 69 06999 9 2003972 de la section de coalescence, formant ainsi des parcours continus pour le liquide de phase minoritaire. 8.- Procédé de fabrication du dispositif de coalescence selon la revendication 1, caractérisé par le faille l'on forme un 5 cylindre de fibres de verre traversé par un coeur central, que l'on imprègne de résine les surfaces extérieure et intérieure du cylindre jusqu'à une profondeur prédéterminée de manière à former un réseau entrelacé de parcours hydrophiles entre la section intermédiaire sans résine et la surface extérieure de la section exté-10 rieure imprégnée de résine» 9»- Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la dimension, en section transversale, des parcours hydrophiles diminue de la section intermédiaire à la surface extérieure» 15 10»- Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'après avoir imprégné de résine les surfaces intérieure et extérieure du cylindre, on perfore la surface extérieure et on y insère des seetions individuelles de matière hydrophile»