Brevet FR2081732A1 — publié le 19711210

L'invention concerne un dispositif pour donner un mouvement pulsatoire à un liquide dans une colonne dans lequel le bout inférieur d'un tube est en communication avec la partie inférieure de la colonne cependant que des moyens sont prévus pour donner une 5 pression pulsatoire pneumatique à un coussin de gaz au-dessus de la surface de liquide dans le tube, ces moyens étant composés d'un cylindre et d'un piston commandé par un moteur. Un dispositif de pulsation de ce type a été proposé.par Thornton, brevet américain no. 2.818.324, et présente comme avantages que les liquides corro-10 sifs de la colonne n'entrent pas en contact avec le dispositif de pulsation et que le problème de cavitation (se produisant dans le cas de pulsations trop rapides, particulièrement dans.les liquides organiques volatils) est évité. La compressibilité du gaz nécessite pourtant une plus grande'puissance de pulsation pour obtenir 15 le même résultat. L'invention a pour objet d'éviter cet inconvénient et de produire un dispositif de pulsation à commande par piston et à coussin de gaz élastique selon le type Thornton, dans lequel la quantité de puissance nécèssaire est réduite. 20 Dans le dispositif selon l'invention, l'espace dans le cylindre derrière le piston est en communication avec un espace-tampon dont le volume est du moins aussi grand que celui du coussin de gaz, cependant que les espaces devant et derrière le piston sont reliés l'un à, l'autre à l'aide d'une conduite de raccordement 25 étroite. Le plus souvent, le jeu entre les segments du piston et la paroi du cylindre peut servir de conduite de raccordement. Un autre objet de l'invention consiste en un dispositif de pulsation du type visé, dans lequel le réglage de l'amplitude de pulsation se fait de manière simple. 30 Conformément k la figure 2 du brevet américain no. 2.818.324, le déplacement maximum du liquide dans le dispositif Thornton se règle automatiquement à la fre'quence indiquée. Les deux variables, à savoir le déplacement et la fréquence, peuvent' être rendus indépendantes l'une de l'autre selon Thornton si l'on 35 donne au dispositif de pulsation des dimensions telles que l'amplitude désirée se produit à la fréquence désirée la plus élevée et qu'on règle l'amplitude pour les fréquences plus basses en réduisant la course du piston. A cet effet, le moteur dans le dispositif Thornton est un moteur linéaire à air, la vitesse aussi bien 71 07778 2 2081732 que le régime de ce moteur étant réglables. Par contre, dans le procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, on obtient l'amplitude de pulsation désirée en faisant varier la quantité de gaz dans le coussin de 5 gaz, tout en maintenant constants la fréquence aussi bien que la course du piston. Cette méthode présente l'avantage que le mécanisme de commande ne doit pas être rendu variable et que celui-ci peut donc avoir un rendement optimal. De plus, le mécanisme en sera plus robuste et meilleur marché. 10 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront illustrés h l'aide d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention,représenté sur les dessins ci-annexés. La figure 1 représente une coupe verticale schématique d'une colonne de pulsation munie d'un dispositif selon l'invention. 15 La figure 2 est un graphique de la relation entre l'ampli tude de pulsation (a) et le volume moyen (V ) du coussin de gaz. ë A la figure 1 , la notation de référence 1 indique line colonne de pulsation qui, sur une partie de sa longueur, est munie d'un remplissage 2. Au-dessus et au-dessous de la partie remplie, 20 il y a les espaces collecteurs 3 et 4 qui sont équipés des raccordements de liquide 5 et 6 et, respectivement, 7 et 8. Près du bout inférieur de la colonne, il y a un raccordement 9 Qui relie la colonne de pulsation 1 à une chambre de pulsation 10. La chambre 10 n'est remplie que partiellement de liquide et, au-dessus de la sur-25 face du liquide, il y a un coussin de gaz 12. Ce coussin de gaz communique au moyen d'un tube 13 avec un cylindre 14. Dans ce cylindre 14, il y a un piston 15 auquel un mécanisme a manivelle 16 ou analogue et un moteur 17 donnent un mouvement de va-et-vient. Comme volume moyen (V ) du coussin de gaz on peut donc considérer o 30 la somme des volumes de 12 et de 13 et du cylindre 14 avec le piston 15 en position centrale. - L'espace B dans le cylindre 14 derrière le piston 15 est en communication avec -un espace-tampon 18 dont la capacité est au moins aussi grande que celle du coussin de gaz 12. Le cas échéant, 35 cet espace-tampon 18 peut faire un tout avec ledit espace B dans le cylindre 14 ou bien il peut en être un prolongement. L'espace A dans le cylindre 14 devant le piston 15 est en communication avec l'espace B derrière le piston au moyen d'une conduite de raccordement étroite 19- Souvent, le jeu entre le piston et'la paroi du 71 07778 3 2081732 cylindre peut servir de conduite de raccordement. C'est à l'espace-tampon 18 qu'on préfère raccorder une conduite d'amenée 22 pour le gaz provenant d'une source non représentée, cette conduite pouvant être fermée à l'aide d'une soupape 20. Au côté supérieur de la 5 chambre 10, on prévoit, de préférence, une conduite d'évacuation 23 qui peut être fermée à l'aide d'une soupape.21. La figure 2 est un graphique qui représente la course (a) du mouvement du liquide dans la colonne comme fonction du volume moyen (V ) du coussin de gaz, pour un coefficient de résistance au 10 frottement (g = 15) déterminé du remplissage de la colonne. On suppose ici que le volume de la course et le nombre des courses par unité de temps du piston 15 sont invariables. Dans le cas d'une fréquence de courses choisie, le rendement d'extraction d'un système peut dépendre delà course (a) des pulsations du liquide. 15 Dans le dispositif selon la figure 1, la course (a) dépend du volume de gaz V de la manière indiquée dans la figure 2. De pré-§ férence, on opère sur la partie inclinée de la courbe. Ceci ne procure non seulement une plus grande zone de réglage mais aussi une construction plus simple à cause du plus grand volume de gaz 20 annexe. Si l'on veut augmenter-ou réduire la course, il faut respectivement réduire ou agrandir le volume de gaz V à l'aide des deux soupapes 20 et 21. On a constaté que l'amplitude de pression dans la chambre 10 est à peu près proportionnelle à l'amplitude de pulsation a; par conséquent, ces fluctuations de la 25 pression peuvent servir de mesure pour l'amplitude de-pulsation a. Lar l'emploi de 1'espace-tampon 18, on maintient les variations de la pression derrière le piston, par exemple, inférieures à 0,1 atm et le piston 15 est déchargé dans son mouvement de va-et-vient, ce qui n'est pas seulement favorable du point de 30 vue énergétique, mais qui entraîne aussi une réduction des pertes de frottement dans le mécanisme de commande 16. De plus, le démarrage est plus facile et les tensions qui se produisent dans le mécanisme de commande 16 sont plus faibles. A l'aide de moyens automatiques non représentés,mais 35 connus en soi, on peut maintenir constante la quantité de gaz se trouvant dans le coussin de gaz 12, au moyen de la conduite d'amenée 22. Par suite de pertes de gaz fortuites, l'amplitude des pulsations dans la colonne deviendrait plus grande. Le seul endroit où se produit inévitablement une perte de gaz se trouve au 71 07778 4 2081732 presse-étoupe 24 où la tige du piston traverse le fond du cylindre. Ce presse-étoupe doit être de bonne qualité, surtout quand on opère avec de l'azote, comme aussi dans le cas de liquides inflammables dans la colonne, à savoir le benzène et analogues. En amenant con-5 tinuellement du gaz vers la conduite d'évacuation (23) par la conduite 22, l'espace 18, l'espace B, la conduite 19, l'espace A, la conduite 13 et l'espace 12, on obtient en outre l'évacuation des gouttes ou des vapeurs éventuelles du liquide de la colonne qui s'accumulent dans la chambre 10. 10 Le diamètre de la chambre de pulsation 10 est si grand que, pendant les pulsations, les accélérations produites soient toujours inférieures à l'accélération de la pesanteur (g). Ceci présente l'avantage qu'il n'ya pas de formation de gouttes à la surface du liquide. (Tout comme dans le 15 dispositif de Thornton, il est impossible d'éviter la formation de bulles de vapeur, dite cavitation, dans le liquide de la colonne. ) Dans la chambre de pulsation 10, on peut aménager un amortisseur d'ondes 11, réalisé en tôle perforée ou pareille afin 20 d'éviter les mouvements d'onde et des jaillissements trop grands à la surface du liquide. Dans les cas où la vapeur pourrait se condenser dans le cylindre 14, il est à recommander de placer le cylindre 14 à un niveau plus élevé que la conduite de raccordement 13 et la surface 25 du liquide dans la chambre de pulsation 10. De la manière indiquée, par exemple, dans la figure 4 du brevet d'invention britannique 78o.4o6, on peut monter une soupape de-'flotteur (non représentée) dans la chambre de pulsation 10, afin d'éviter que le liquide de la colonne s'introduise dans la 30 conduite 13- 71 07778 5 2081732 RETEMPIOATIONS 1. Dispositif pour donner un mouvement pulsatoire à un liquide dans une colonne, dans lequel l'extrémité inférieure d'un tube est en communication avec la partie inférieure de la colonne cependant que des moyens sont prévus pour donner une pression pulsatoire pneumatique à un coussin de gaz se trouvant au-dessus de la surface de liquide dans le tube, lesquels moyens se composent d'un cylindre et d'un piston commandé par un moteur, caractérisé en ce que 1*espace dans le cylindre situé derrière le piston est en communication avec un espace-tampon, dont le volume est au moins aussi grand que celui du coussin de gaz et.que les espaces dans le cylindre situés devant et derrière le piston sont reliés entre eux au moyen d'une conduite de raccordement étroite. 2. Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on règle l'amplitude de pulsation désirée en faisant varier la quantité de gaz dans le coussin de gaz tout en maintenant constants la fréquence aussi bien que la course du piston» 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre est monté à un niveau plus élevé que la surface de liquide. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplitude de pulsations (a) est mesurée et réglée au moyen de fluctuations de pression dans le coussin de gaz. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'un amortisseur d'ondes vertical est monté au niveau de la surface de liquide.