Brevet FR2200045A1 — publié le 19740419

L'invention concerne un procédé et des appareils pour la réalisation de processus à grande vitesse en plusieurs stades par exemple pour la rectification, l'absorption, l'extrac- tion liquide-liquide, le dépoussièrage par voie humide et l'é- change direct de chaleur, les phases en contact étant conduites à courant parallèle à de grandes vitesses. On connais un plateau destiné au travail à courant parallèle et dans lequel la division, le transport interne et la séparation de la phase lourde s'effectuent à courant parallèle. L'inconvénient de cette disposition est que le reflux de la phase lourde est conditionné uniquement par la pression hydrostatique et que l'évacuation de la phare lourde est liée à une nouvelle division. Par suite, le reflux de la phase lourde par gravité, sous la condition d'une nouvelle réunion par gravité, est l'étape qui détermine la vitesse et limite la grande vitesse d'évaporation visée. Dans une publication scientifique, il est indiqué qu'avec un venturi, on peut obtenir une bonne division du liquide introduit dans un courant gazeux et qu'il est avantageux de séparer les gouttes de liquide au moyen d'un cyclone. Les inconvénients de cette disposition sont l'absence d'unité structurale, et le contre-courant qui règne dans le cyclone avec le courant de dérivation qui résulte du principe et qui entraine une grande perte de pression et une séparation incomplète à de grandes vitesses de vapeur, et aussi le fait que le processus soit à une seule étape. On connaît encore une colonne d'échange de matière dans laquelle sont superposés avec espacement mutuel des plateaux d'échange destinés à l'échange de matière entre deux fluides conduits à contre-courant, colonne caractérisée par le fait que pour favoriser le transport du fluide qui s'écoule de bas en haut d'un plateau à l'autre sous la pression hydrostatique, elle comporte une pompe supplémentaire servant à assurer le reflux même lorsqu'il existe une grande chute de pression dans le fluide qui s'écoule de bas en haut. L'inconvénient est que la pompe supplémentaire augmente inutilement la complication de l'appareil et sa sensibilité aux perturbations.La séparation à contre-courant' qui est proposée, avec un très grand rétrécissement de section, cause une très forte perte de pression et conduit obligatoirement à un engorgement, ce qui fait que la vitesse supérieure de vapeur reste limitée. On connaît d'autres solutions dans lesquelles les phases sont également conduites à courant parallèle jusqu'à la séparation. Ces solutions se distinguent par le fait que lorsqu'on sépare et que l'on évacue la phase liquide, il se produit toujours un contre-courant entre la vapeur et la phase liquide séparée. L'inconvénient en est que le principe connu de l'engorge- ment limite notablement la gamme de travail de cette construction. L'invention a pour but d'augmenter notablement le débit tout en diminuant les dimensions des colonnes. L'invention vise à réaliser des processus à grande vitesse en plusieurs étapes par un procédé approprié et au moyen des appareils nécessaires à cet effet en augmentant la vitesse, en particulier pour les étapes de séparation, d'évacuation et de retour de la phase lourde, sans que cela nécessite de dispositifs mécaniques supplémentaires pour la division, le transport, la séparation, l'évaduation et le retour de la phase lourde. Cela est réalisé essentiellement par le fait que l'on conduit exclusivement à courantparallèle les phases mises en contact, aussi bien dans les étapes de division, de transport, de séparation et d'évacuation de la phase lourde dans l'enceinte de mise en contact que dans l'étape de retour dans l'enceinte de retour. La proportion en volume de la phase légère dans l'enceinte de mise en contact est supérieure à celle de la phase légère dans l'enceinte de retour. L'écoulement constitue par lui-même à l'étape de division par augmentation locale de vitesse, dans l'enceinte de mise en contact, les différences de pression statique renforcées par la pression dynamique à l'étape d'évacuation et qui sont nécessaires au retour de la phase lourde à courant parallèle avec une partie du volume de la phase légère, dans l'enceinte de retour, depuis l'étape d'évacuation de chaque étage jusqu'à l'étape de division de l'étage immédiatement inférieur.L'appareil destiné à la pratique du procédé est caractérisé par le fait que dans l'enceinte de mise en contact de chaque étage est disposé, dans la direction d'écoulement, un agencement intérieur en forme de buse qui est muni à son entrée d'un dispositif d'évacuation et dans sa région la plus étroite, d'un dispositif d'entriez Les dispositifs d'évacuation et d'entrée sont seulement séparés l'un de l'autre, hors de l'agencement intérieur en forme de buse, par une paroi commune qui va du bord de l'enceinte de mise en contact jusqu'au bord de l'enceinte de retour. Le dispositif d'évacuation de chaque étage et le dispositif d'entrée de l'é- tage immédiatement inférieur sont reliés directement à une ou plusieurs enceintes de retour.A la suite du dispositif d'entrée sont disposées, dans la direction de l'écoulement, des parois d'allure uniforme ou en gradin qui s'éloignent l'une de l'autre et arrivent jusqu'au bord de l'enceinte de mise en contact. Sur des parois sont prévues plusieurs arêtes dirigées transversalement à la direction d'écoulement et qui s'avancent en forme de peigne ou de dents de scie dans l'enceinte de mise en contact. Le dispositif d'évacuation est en forme de chambre et comprend la paroi commune entre les dispositifs d'évacuation et d'entrée, le bord extérieur une ou plusieurs fois interrompu de l'enceinte de mise en contact et éventuellement, une partie du bord de l'enceinte de retour et dans entrée, au bord extérieur de l'enceinte de mise en contact, une ou plusieurs ouvertures de sorties sont disposées côte à côte, une par une et/ou à plusieurs l'une derrière l'autre, à l'envers du sens d'écoulement. Selon un mode d'exécution particulier de l'appareil destiné à la pratique du procédé, des agencements intérieurs successifs en forme de buse sont disposés, alternativement, sous un angle relativement à la direction d'écoulement et/ou avec décalage ou symétriquement avec décalage entre eux, et l'enceinte de retour présente aussi, si nécessaire, cette même allure. On expliquera plus précisément l'invention ci-après à propos d'exemples d'exécution représentés par les dessins sur lesquels La figure 1 montre le principe du procédé et indique la pression de retour i2P1 et la perte de pressionA de deux étages du procédé; La figure 2 est une coupe d'une partie d'un appareil tubulaire présentant une paroi en gradins; La figure 3 une coupe d'un appareil comportant plusieurs agencements intérieurs en forme de buse superposés alternativement de façon symétrique avec décalage; La figure 4 montre le détail X de la figure 3; La figure 5 est une perspective en coupe d'un appareil comportant des agencements en forme de buse, disposés alternativement sous un angle. La figure 1 montre, en corrélation avec un schéma de principe de l'appareil, la variation de la pression au sein de plusieurs étages 5 de l'appareil, en fonction de la hauteur de l'appareil. Par suite de la résistance à l'écoulement au sein de l'appareil, la pression statique3 diminue à mesure que la hauteur augmente. Aux points d'augmentation locale de vitesse sur les agencements intérieurs en forme de buse 6, il se produit une forte diminution de la pression statique, Pst. Par suite, au dispositif d'entrée 9 de chaque étage 5, il règne une pression notablement moindre qu'au dispositif d'évacuation 10 de l'étage 5 qui suit chaque fois dans le sens de l'écoulement. Grâce à cette différence de pression, il est possible d'effectuer un retour de la phase lourde 2 séparée à l'étage de séparation, à courant parallèle relativement à une fraction de volume de la phase légère 1 dans l'enceinte de retour 4, avec la grande vitesee qui est nécessaire à la pratique du processus à grande vitesse qui comprend les étapes de division a, de transport b, de séparation c et d'évacuation d de la phase lourde 2, à courant parallèle dans l'enceinte de mise en contact. Grâce à la solution selon l'invention, on tire parti de la pression dynamique au dispositif d'évacuation 10 pour augmenter d'avantage la pression de retour. Il est ainsi possible de réaliser les étapes nécessaires a à d sans dispositifs mécaniques supplémentaires tels que pompes, centrifugeuses, etc. D'autre part, la figure 1 montre une coupe d'un appareil dans lequel trois agencements intérieurs en forme de buse 6 sont superposés. Une paroi commune Il sépare l'un de l'autre les dispositifs d'entrée et d'évacuation 9, 10 dans la région d'un agencement intérieur en forme de buse 6. Les enceintes de retour 4 sont situées à l'extérieur. Le dispositif d'évacuation 10 est en forme de chambre et comprend la paroi commune 11, le bord interrompu 16 de l'enceinte de mise en contact 3 et la partie initiale du bord 12 de l'enceinte de retour 4.Le dispositif d'entrée 9 débouche dans l'enceinte de mise en contact 3 par la zone la plus étroite 8 de l'agencement intérieur en forme de buse 6 et est formé de la paroi de la buse, de la paroi commune 11 et d'une partie du bord 12 de l'enceinte de retour 41 Entre les dispositifs d'entrée et d'évacuation 9, 10 peuvent être insérés, dans l'enceinte de mise en contact 3, des éléments connus de tourbillonnement saillies, pattes, vis dressées, aubes directrices) et des éléments connus de séparation (aubes directrices, vis dressées, agencements intérieurs en forme de jalousie ou de plaques ondulées). La figure 2 montre un agencement intérieur en forme de buse 6 dont la partie élargie est en gradins et présente des arêtes en peigne ou en dents de scie 14 qui s'avancent dans l'enceinte de mise en contact 3. La figure 3 est une coupe d'un appareil comportant plusieurs agencements intérieurs en forme de buse 6, qui sont alternativement superposés symétriquement avec décalage et juxtaposés symétriquement. Les enceintes de mise en contact superposées 3 des différents étages 5 sont principalement séparées les unes des autres par les parois de buse. Deux agencements intérieurs symétriques juxtaposés en forme de buse 6 présentent une enceinte commune de retour 4. Pour éviter un mélange transversal, une séparation complète des enceintes de retour 4 peut être prévue. Au point le plus bas de la paroi des buses, on insère des valves qui s'ouvrent automatiquement en cas de charge trop faible au démarrage. La figure 4 qui est un détail de la figure 3 montre la structure du dispositif d'évacuation en forme de chambre 10, qui est ici muni de plusieurs ouvertures d'évacuation superposées 17 dirigées à l'envers du sens d'écoulenent. Les ouvertures d'évacuation 17 se trouvent dans l'entrée de buse, dans la paroi de la buse qui est en même temps le bord extérieur 16a de l'enceinte de mise en contact 3. A la suite du dispositif d'entrée 9 vient la paroi 13 qui va ju#~lu'au bord extérieur 16a de l'enceinte de mise en contact 3 de l'étage 5 situé après le suivant (voir figure 3). Cette paroi est ici de forme telle que les phases mises en contact subissent une déviation appréciable.Pour faciliter la division, sur la paroi sont disposées des arêtes 14 qui s'avancent en forme de peigne ou de dents de scie dans l'enceinte de mise en contact 3. Dans le mode d'exécution de la figure 5, l'enceinte de mise en contact 3 et ltenceinte de retour 4 sont dirigées alternativement sous le même angle. Le procédé selon l'invention, avec l'appareil correspondant selon la figure 1, se déroule comme suit : la phase lourde 2 entre, sous l'influence de la pression de retoura à travers le dispositif d'entrée 9, dans l'enceinte de mise en contact 3, par la zone la plus étroite 8 de l'agencement intérieur en forme de buse. La pression de retour p est engendrée par l'augmentation locale de vitesse de la phase légère dans l'appareil lui-m#me. La grande vitesse d'écoulement entraîne une grande turbulence qui est encore accrue par des agencements selon l'invention représentés par les figures 2, 3 et 4, de sorte qu'il se produit une division intensive de la phase lourde 2. Cette division intensive permet de courts temps de séjour pour l'échange de matière, c'est-à-dire que les hauteurs de construction de l'appareil par étage 5 sont moindres que dans les appareils connus. Le contact de phase est encore rendu plus efficace par le fait qu'il existe une grande vitesse relative entre phaselégère et phase lourde 1, 2 à l'entrée de l'enceinte de mise en contact 3, de sorte qu'en plus de l'agrandissement intensif de la surface, il se forme de très minces couches limites de diffusion. Dans le transport qui suit, les petites gouttelettes de la phase lourde 2 atteignent à peu près la vitesse du gaz sur un court parcours, ce qui fait qu'à nouveau la hauteur nécessaire de l'appareil est réduite. i la suite du transport à courant parallèle pendant lequel s'effectue la dégradation d'énergie cinétique, la séparation est amorcée à courant parallèle au moyen d'éléments séparateurs cunnus, vers le bord 16 ou vers le voisinage du bord de l'enceinte de mise en contact 3. Le film ascendant ou pulvérisation au voisinage de la paroi, séparé au bord 16 de l'enceinte de mise en contact 3, est transporté à courant direct jusqu'au dispositif d'évacuation 10 et de là, il est amené directement à l'enceinte de retour 4 et ramené dans celle-ci, à courant parallèle avec une action de phase légère 1 à l'étage immédiatement inférieur. Ainsi, on obtient un comportement dynamique et un temps de séjour minimal de la phase lourde 2 dans l'ensemble de l'appareil, avec d'autres avantages pour le comportement dynamique et le fonctionnement cyclique. REVENDICATIONS 1) Procédé pour la réalisation de processus à grande vitesse en plusieurs stades, par exemple pour la rectification, l'absorption, l'extraction liquide-liquide, le dépoussièrage par voie humide et l'échange direct de chaleur, comportant les étapes de division, de transport, de séparation, d'évacuation de la phase lourde dans l'enceinte de mise en contact et de retour de la phase lourde dans l'enceinte de retour et caractérisé par le fait que l'on conduit exclusivement à courant parallèle les phases mises en contact, aussi bien dans les étapes de division, de transport, de séparation et d'évacuation de la phase lourde dans l'enceinte de mise en contact que dans l'étape de retour dans l'enceinte de retour, que la proportion en volume de la phase légère dans l'enceinte de mise en contact est supérieure à celle de la phase légère dans l'enceinte de retour et que l'écoulement constitué par lui-même à l'étape de division, par augmentation locale de vitesse, dans l'enceinte de mise en contact, les différences de pression statique renforcées par la pression dynamique à l'étape d'évacuation et qui sont nécessaires au retour de la phase lourde à courant parallèle avec une partie du volume de la phase légère, dans l'enceinte de retour, depuis l'étape d'évacuation de chaque étage jusqu'à l'étape de division de l'étage immédiatement inférieur. 2) Appareil pour la mise en pratique du procédé selon la revendication 1, dans des colonnes à plateaux, à garnissage, en forme de tube et en forme de cheminée, dans lesquelles sont disposés des buses, des déflecteurs et/ou des vis dressées, des éléments de séparation, des éléments d'évacuation et des conduits de retour, appareil caractérisé par le fait que dans l'enceinte de mise en contact de chaque étage est disposé, dans la direction d'écoulement, un agencement intérieur en forme de buse qui est muni à son entrée d'un dispositif dLévacuation et dans sa région la plus étroite, d'un dispositif d'entrée, que les dispositifs d'évacuation et d'entrée sont seulement séparés l'un de l'autre, hors de l'agencement intérieur en forme de buse, par une paroi commune qui va du bord de l'enceinte de mise en contact jusqu'au bord de l'enceinte de retour, et que le dispositif d'évacuation de chaque étage et le dispositif d'entrée de l'étage immédiatement inférieur sont reliés directement à une ou plusieurs enceintes de retour. 3) Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'à la suite du dispositif d'entrée sont disposées, dans la direction d'écoulement, des parois d'allure uniforme ou en gradin qui s'éloignent l'une de l'autre et arrivent jusqu'au bord de l'enceinte de mise en contact et sur lesquelles sont prévues des arêtes dirigées transversalement à a direction d'écoulement et qui s'avancent en forme de peigne ou de dents de scie dans l'enceinte de mise en contact. 4) Appareil selon la revendication 2 ou , caractérisé par le fait que des agencements intérieurs successifs en forme de buse sont disposés, alternativement, sous un angle relativement à la direction d'écoulement et/ou avec décalage, ou symétriquement avec décalage entre eux, et que l'enceinte de retour présente aussi, si nécessaire, cette même allure.