Brevet FR2135272A1 — publié le 19721215

i 2135272 La présente invention a pour objet un appareil pour la mise en contact réciproque de deux ou de plusieurs phases fluides dont l'une peut être un gaz et dont au moins deux sont insolubles l'une par rapport à l'autre ou ne sont solubles que d'une façon limitée. 5 Le contact réciproque entre les liquides est obtenu grâce à leur fine répartition réciproque (dispersion). De cette façon on peut réaliser la diffusion des éléments constitutifs ou l'échange de chaleur entre les phases. L'invention peut être utilisée pour l'extraction de liquides, pour l'absorption et la désorption de gaz, 10 dans la rectification de mélanges liquides et dans la réalisation de réactions chimiques dans des mélanges de phases fluides. Pour les domaines d'utilisation ci-dessus mentionnés, on utilise en pratique des colonnes à fond p.erforé oscillant, dites colonnes à vibration, ou bien des colonnes à liquide puisé, dites 15 colonnes à pulsation. Dans ces appareils les meilleurs résultats ont été obtenus surtout avec des fonds dans lesquels il existe, outre un grand nombre d'orifices destinés à la division de la ou des phases dispersées, un petit nombre d'orifices ayant des sections transversales beaucoup plus grandes à travers lesquels passe 20 surtout la phase continue. En général les orifices pour la phase dispersée sont circulaires avec un diamètre inférieur à 10 mm ; les orifices pour la phase continue peuvent avoir une forme quelconque, leur section transversale étant au moins trois fois plus grande que la section transversale des orifices élémentaires pour 25 la phase dispersée. Lorsque les fonds oscillent ou vibrent à une fréquence comprise entre 0,5 s et 4-0 s et avec des amplitudes comprises entre 0,5 et 20 mm, ou bien ils peuvent se déplacer tous ensemble, ou bien le mouvement des différents fonds ou groupes de fonds peut différer en amplitude, en fréquence ou en phase. Outre 30 ces fonds il peut également être prévu dans les colonnes susdites d'autres éléments incorporés qui ont pour rôle d'orienter de façon voulue le courant de circulation des différentes phases ou de faciliter leur dispersion. Les orifices pour la phase de dispersion,ou disperse, et pour 35 la phase continue, sont disposés sur les différents fonds de telle sorte qu'est obtenue entre les fonds une circulation réciproque croisée de la phase continue et de la phase disperse ; la phase continue circule transversalement entre les différents fonds tandis que la phase disperse circule alors dans la direction de l'axe 40 vertical de la colonne. Ce résultat est obtenu grâce au fait que 72 15814 2 2135272 les grands orifices d'un fond sont concentrés dans une moitié de ce fond tandis que les grands orifices du fond voisin sont disposés dans la moitié opposée. Une autre possibilité consiste à disposer les grands orifices au centre d'un fond et à la périphérie du 5 fond voisin. On trouve de tels genres de colonnes dans les brevets tchécoslovaques 106.313, 132.022 et 139.895. Ce genre de dispositif donne de bons résultats lorsqu'il s'agit de colonnes de petit diamètre, où il contribue à assurer une efficacité élevée. Lorsqu' il s'agit de colonne de grand diamètre le parcours d'écoulement de 10 la phase continue devient plus long transversalement à travers la colonne et il se produit des gradients de pression élevés. L'intervalle entre les fonds doit donc être augmenté ce qui a pour résultat que le rendement spécifique ainsi que l'efficacité des installations à grand diamètre sont plus faibles que ceux des appareils 15 de petit diamètre. La présente invention élimine totalement les inconvénients décrits ci-dessus. L'objet de l'invention est un appareil pour réaliser le contact mutuel de phases fluides qui se compose d'un récipient cylindrique vertical muni de tubulures d'entrée et de sortie pour les différen-20 tes phases, dans lequel sont montés au moins deux fonds horizontaux qui effectuent des oscillations dans la direction verticale ou bien sont immobiles, auquel cas, les liquides qui se trouvent dans le récipient effectuent un mouvement pulsatoire par rapport aux fonds. Ces fonds sont munis d'orifices pour le passage de la phase disper-25 se ou des phases disperses et d'orifices pour le passage de la phase continue, ces derniers pouvant présenter n'importe quelle forme et la section transversale de chacun de ces derniers orifices étant au moins trois fois plus grande que la section transversale des orifices pour la phase disperse. Le nombre total des orifices pour 30 la phase continue est au maximum égal à 35 °h du nombre total des orifices des deux genres du fond, le rapport entre la surface de tous les orifices et la surface totale du fond du réservoir cylindrique étant inférieur à 1/2. L'appareil est aménagé de telle sorte que des groupes d'orifices 35 pour la phase disperse alternent périodiquement avec des orifices pour la phase continue ou avec des groupes d'orifices de ce genre de telle sorte que les orifices pour la phase continue d'un fond sont disposés au dessus des orifices pour la phase disperse du fond voisin et inversement. De plus les orifices pour la phase continue 40 peuvent être munis d'ajutages qui font avec le plan du fond un an- BAD ORptNAU 72 15814 3 2135272 gle aigu, leurs orifices de sortie étant éventuellement dirigés tangentiellement, tous dans le même sens de rotation par rapport à l'axe du récipient. L'invention proposée représente un progrès important pour la 5 construction ae colonnes à vibration et de colonnes à pulsation de grand diamètre. Elle permet de réaliser un courant de circulation croisé des phases entre les fonds, ce qui est une condition nécessaire pour conférer à de telles installations un rendement élevé ; en même temps sont éliminées les conséquences défavorables du ral-10 longeaient du parcours de circulation de la phase continue entre les fonds. Il n'est donc pas nécessaire d'augmenter la distance entre les fonds quand le diamètre dé la colonne augmente. Le rendement spécifique, de même que l'efficacité detels appareils, ne varient que très peu lorsque le diamètre augmente. Ceci facilite également 15 l'établissement de projets de grandes installations réalisables en se basant sur des mesures effectuées sur des modèles réduits. L'appareil selon l'invention se compose en fait d'une série d'unités de construction et de fonctionnement analogues, disposées parallèlement dans une enceinte cylindrique commune. Pour les uni-20 tés de très grandes dimensions, il risque de se produire une répartition irrégulière des courants de circulation sur la section transversale du fond ce qui entraînerait une diminution du rendement de l'installation. On peut remédier à cet inconvénient en orientant comme il a été dit plus haut les canaux de sortie des orifices pour 25 la phase continue, ce qui peut donner naissance à une circulation hélicoïdale de la phase continue à travers la colonne. J-.es caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel : 30 la figure 1 représente schématiquement la disposition générale d'un appareil selon l'invention comportant des fonds mobiles reliés à un vibrâteur ; la figure 2 représente schématiquement la disposition générale d'un appareil selon l'invention comportant des fonds fixes et un 35 puisâteur de liquide ; la figure 3 représente un fond avec un orifice de grande dimension muni d'un canal formant cloison intermédiaire qui fait un angle aigu avec le plan du fond et dont l'orifice de sortie est dirigé tangentiellement nar rapport~à l'axe -du récipient ; 40 la figure n- représente en section transversale et en section bad original 72 1581 A 4 2135272 axiale une colonne pourvue de fonds dont les grands orifices ont la forme de fentes parallèles ; la figure 5 représente en section transversale et en section axiale une colonne pourvue de fonds dont les grands orifices ont 5 la forme de fentes annulaires concentriques ; la figure o montre en section transversale et en section axiale une colonne pourvue de fond dont les grands orifices de forme circulaire sont répartis uniformément sur la totalité de la surface du fond ; 10 la figure 7 représente en section transversale et en section axiale une colonne pourvue de fonds dont les grands orifices présentent la forme de fentes radiales et dans laquelle prend naissance un courant de circulation hélicoïdal, le courant de circulation de la phase continue étant lui aussi figuré schématiquement. 15 La figure 1 représente une colonne se présentant sous la forme d'un récipient cylindrique vertical 1, qui est muni de brides 2 pour les conduites d'arrivée et d'évacuation des différentes phases. À l'intérieur de la colonne se trouve un jeu de fonds 3 qui sont fixés sur une tige de traction commune 10. Un mouvement de vibra-20 tion est imposé à la tige de traction 10 au moyen d'un excentrique 11 o La figure 2 représente elle aussi une colonne se présentant sous la forme d'un récipient cylindrique vertical 1 qui est muni de brides 2 pour les conduites d'arrivée et d'évacuation des diffé-25 rentes phases. A l'intérieur de la colonne 1 est fixé un jeu de fonds 3a Le liquide qui se trouve dans la colonne est mis en mouvement pulsatoire par le pulsateur 12. Dans les deux cas ci-dessus les phases se déplacent en contre-courant dans la colonne 1. Dans les dispositifs représentés la pha-30 se la plus légère est mise en dispersion lorsqu'elle passe à travers les orifices des différents fonds 3 et les gouttelettes ainsi formées s'élèvent à l'intérieur de la colonne 1. Dans le voisinage du fond voisin ces gouttelettes se condensent et forment éventuellement par coalescence une couche continue qui, à son tour, est 35 dispersée. La phase la plus lourde traverse la colonne en descendant le long des parcours indiqués par des flèches dans les figures. Dans la partie supérieure de la colonne 1 la phase la plus légère se dépose, forme une couche cohérente et est évacuée par la tubulure d'évacuation. 40 La figure 3 représente en coupe axiale le récipient 1 avec le BAD ORK3INAL 72 15814 5 2135272 fond 3 muni d'orifices 4 pour la phase disperse et d'orifices circulaires 5 de plus grande dimension pour la phase continue. Ces grands orifices 5 sont munis d'une cloison intermédiaire formant le canal y pour l'évacuation de la phase continue ; ce canal fait 5 un angle aigu avec le plan du fond 3 et son orifice de sortie est dirigé tangentiellenent par rapport à l'axe du récipient. lia figure ta représente en section transversale le récipient 1 avec le fond 3 qui est muni d'orifices 4 pour la phase disperse et d'orifices 5 de dimension plus grande pour la phase continue qui 10 se présentent sous la forme de fentes parallèles. La coupe axiale 4b montre clairement la disposition alternée des fentes dans les fonds voisins. Grâce à cette disposition le courant de circulation de la phase continue entre les fonds est orienté de telle sorte qu'il croise le courant de circulation de la phase disperse. La 15 direction du courant de la phase continue est indiquée par des flèches. Les fonds 3 portent sur leur périphérie des cloisons de séparation 7 verticales. Au premier et au troisième fond les fentes marginales sont remplacées par l'intervalle libre o entre le fond 3 et la paroi du récipient 1. Les ouvertures 5 de grande dimension 20 destinées à la phase continue portent sur leur périphérie des cloisons intermédiaires verticales qui forment les canaux 9. La figure 5a représente en section transversale le récipient 1 avec le fond 3 qui est muni d'orifices 4 pour la phase disperse et d'orifices de plus grande dimension 5 pour la phase continue qui 25 se présentent sous la forme de fentes annulaires concentriques. La coupe axiale 5b montre l'alternance périodique de la position des fentes dans les fonds voisins. Grâce à cette disposition est réalisé une certaine orientation de circulation des phases continues entre les fonds, cette orientation étant indiquée par les flèches 30 directionnelles. Les fonds 3 portent sur leur périphérie des cloisons de séparation verticales 7- Au deuxième fond dont le plan est représenté dans la section transversale de la colonne, l'un des orifices de grande dimension 5 pour la phase continue est représenté par un intervalle libre o entre le bord du fond 3 et la paroi 35 du récipient 1. Les orifices de grande dimension 5 destinés à la phase continue portent sur leur périphérie des cloisons intermédiaires verticales qui forment les canaux 9. La figure oa représente en coupe transversale le récipient 1 avec le fond 3 qui est muni des orifices 4 pour la phase disperse 40 et d'orifices circulaires 5 de grande dimension pour la phase con- ■ -*■ BAD ORIGINAL 72 15814 ° 2135272 tinue, répartie uniformément sur la totalité de la surface du fond. La coupe axiale t>b montre comment la position des orifices change dans les fonds voisins. Dans la section transversale oa on a indiqué en traits interrompus la position des orifices de grande dimen-5 sion 5 pour la phase continue dans le fond 13 du bas. Les flèches directionnelles dans la coupe axiale 6b montrent la direction d'écoulement de la phase continue. Les fonds 3 portent sur leur périphérie des cloisons de séparation verticales 7« De mène les orifices 5 portent sur leur périphérie des cloisons de séparation verti-10 cales qui forment les canaux. La figure 7a montre en section transversale le récipient 1 avec le fond 3 qui est muni d'orifices k pour la phase disperse et d'orifices de grande dimension 5 pour la phase continue se présentant sous la forme de fentes radiales. Ces fentes sont de longueur dif-15 férente de façon à obtenir un parcours de circulation sensiblement de même longueur pour la phase continue entre les fonds voisins à différentes distances de l'axe du récipient 1. Afin de rendre le dessin plus lisible on n'a représenté dans la section transversale 7b que des orifices de grande dimension 5 pour la phase continue 20 sur chaque fond 3» On voit clairement la position réciproque des fonds voisins. Les orifices de grande dimension 5 pour la phase continue portent sur leur périphérie des cloisons intermédiaires qui forment le canal 9 pour l'évacuation de la phase continue. Ces canaux 9 font un angle aigu avec le plan du fond 3 et, par rapport à 25 l'axe du récipient 1, ils sont tous dirigés dans le même sens. Cette disposition, agissant en liaison avec la position mutuelle des fentes dans les fonds voisins donne naissance à un courant de circulation hélicoïdal de la phase continue à travers la colonne comme l'indiquent les'flèches directionnelles dans la coupe axiale 7b. ®AD original 72 15814 7 2135272 REVENDICATIONS l.Appareil pour assurer le contact mutuel entre des phases fluides, constitué d'un récipient cylindrique vertical qui est muni de brides pour les conduites d'arrivée et d'évacuation des phases et 5 dans lequel sont montés au moins deux fonds horizontaux qui effectuent un mouvement vibratoire dans la direction verticale, ou bien sont immobiles tandis que le liquide se trouvant dans le récipient effectue un mouvement de pulsation, les fonds susdits étant munis d'orifices pour la circulation de la phase disperse ou des phases 10 disperses et d'orifices de forme quelconque pour la circulation de la phase continue, la section transversale de ces derniers étant au moins égale au triple de la section transversale des orifices pour la phase disperse, et leur nombre total est au maximum égal à 35 -,o du nombre de tous les orifices prévus dans le fond, tandis 15 que le rapport entre la surface de tous les orifices par rapport à la surface totale du fond du récipient cylindrique est inférieur à 1/2, caractérisé en ce que les groupes d'orifices pour la phase disperse alternent périodiquement avec les orifices ou les groupes d'orifices pour la phase continue de telle sorte que les orifices 20 pour la phase continue d'un fond sont disposés au dessus des orifices pour la phase disperse du fond voisin et inversement. 2JLppareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices pour la phase continue sont munis sur leur périphérie de cloisons intermédiaires qui forment un canal et qui font un angle 25 aigu avec le plan du fond ou sont tous dirigés tangentiellement et dans le même sens de rotation par rapport à l'axe vertical du récipient. BAD ORIGINAL