Brevet FR2210435A1 — publié le 19740712

La présente invention concerne une installation de grande capacité pour appareils chimiques notamment pour assurer la mise en dispersion ou en suspension de mélanges hétérogènes lors du déroulement du processus d'échanges de matières ou de réactions chimiques. On connatt des colonnes d'extraction pour extracteur liquide-liquide qui comportent des bras d'agitation montés à intervalles déterminés sur un arbre de rotor tournant axialement de manière à obtenir l'effet d'extraction voulu. L'écartement marginal entre les extrémités des bras et la paroi de colonne est réduit au minimum de manière que les bras balaient approximativement toute la section droite du corps de la colonne. Lorsque la phase lourde et la phase légère traversent la colonne à contre-courant, elles sont séparées par les extrémités des bras de brassage et réparties par celle-ci. Un inconvénient de ce système consiste en ce que, par suite de la rotation des bras d'agitation, il se produit un reflux constant des phases de densités différentes car on ne dispose pas dans de tels appareils d'éléments appropriés tels que des disques ou des segments de stator, etc... Le reflux de mélange se produisant dans de telles colonnes diminue le rendement de l'extracteur. On connatt d'autres colonnes d'extraction qui comportent en plus du rotor dont les disques sont disposés radialement des disques ou des secteurs de stator fixés sur la surface intérieure de la colon. ne. Tous les disques ou secteurs de stator sont montés parallèlement à intervalles verticaux ou bien sont décalés perpendiculairement à l'arbre de rotor, auquel cas on obtient avec cette disposition dans la cavité interne de la colonne des compartiments qui ne peuvent être reliés entre eux que par des orifices prévus au milieu des disques de stator ou bien à l'aide de surfaces libres existant entre les secteurs. Une autre solution consiste à fixer les plaques de répartition ou de division directement et radialement sur l'arbre de rotor, les plaques détendant sur toute la section droite intérieure du corps de colonne et comportant en outre, à côté d'un petit intervalle existant sur la paroi de la colonne suivant une répartition quelconque, de petits orifices addi tionnels orientés parallèlement à l'axe de l'arbre de rotor. Dans les deux solutions suivant l'invention, les orifices conviennent pour un écoulement axial et un écoulement radial des phases. Du fait de ces orifices, il n'est cependant possible d'obtenir, à cause de la forte réduction de section libre de la cavité intérieure de la colonne, une section de passage de liquide limitée de sorte qu'on ne peut obtenir avec de tels appareils qu'un débit limité. En outre les zones de vitesses d'écoulement réduite n'excluent pas des volumes morts directement dans le corps de l'appareil, ce qui réduit considérablement le rendement de ce dernier. En outre, avec ces solutions, il se produit également, par suite de la stabilisation insuffisante des phases, un reflux de mélange qu'on ne peut éviter qu'en augmentant la longueur de la colonne.Un agrandissement de la hauteur de construction des appareils crée cependant des difficultés de nature mécanique et technique, ces difficultés étant introduites par l'augmentation de longueur du rotor, notamment par 1' augmentation quantitative de ces dispositifs tels que des plaques de répartition ou de division, des éléments de brassage des bras de rotor etc... , car la masse à entraîner est plus grande A la place des disques de stator, des secteurs ou des plaques de répartition déjà décrits, on peut disposer également dans le corps de la colonne des éléments en treillis mé- tallique qui divisent le volume intérieur de la colonne en zones de stabilisation où la vitesse d'écoulement est réduite et en zones de mélange où la vitesse dtécoulement est augmentée.Le rotor est centré dans le volume intérieur de la colonne et il est relié aux zones de mélange par l'intermédiaire de disques, de voiles ou de bandes. Des appareils correspondant à ces modes e réalisation empêchent évidemment du fait de la précision des zones stabilisatrices un reflux du mélange de phases mais il ne convient cependant, du point de vue des techniques de fabrication, que pour des sections assez petites et en outre il présente, du fait de la forte réduction de la section libre de passage, un débit diminué en eonseiience. Un inconvénient en ce qui concerne la technique de montage consiste dans ces solutions également dans incorporation des éléments en treillis métallique et du rotor car on doit associer à chaque élément monté individuellement le disque de rotor correspondant. L'invention a pour but de fournir des dispositifs de grande capacité intervenant dans des appareils finis et qui augmentent le débit de la colonne tout en réduisant les frais de matières et d'investissements, qui excluent autant que possible les tertesde puissance et qui assurent les conditions optimales de montage et de démontage du rotor. L'invention a pour but d'augmenter la section de passage libre dans ces appareils par un agencement et une dispo sition avantageux correspond-#nts des dispositifs prévus dans l'appareil et d'éliminer par des agencements appropriés le reflux axial du mélange de phases ainsi que la formation de volumes morts. Suivant l'invention, le problème est résolu en ce qu'il est prévu dans le volume intérieur de l'appareil des chicanes de sections droites circulaires qui sont fixées radialement par rapport à l'écoulement des phases. Les chicanes sont constituées par des parois séparatrices qui présentent, du fait de leur disposition axiale ou radiale par rapport à l'arbre de rotor et de leur disposition parallèle à la direction d'écoulement, des formes géométriques différentes de sorte que les chicanes sont divisées en un grand nombre de sections. Du fait que les chicanes ont des sections droites circulaires ouvertes dans la direction d'écoulement, les phases peuvent les traverser sans entrave. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue de face d'un extracteur montrant un mode de réalisation des chicanes, et La figure 2 est une vue en plan de l'extracteur de la figure 1. Sur les figures, on a représenté un extracteur comportant des chicanes, rnaìisées d'une certaine façon. Les com- posants ou chicanes de brande puissance qui sont associées à des agitateurs 5 sont disposées en nombre élevé dans le volume intérieur de la colonne radialement par rapport à l'arbre de rotor 1 et de manière à obtenir l'effet de stabilisation désiré. Les chicanes sont constituées par des parois séparatrices 2 qui ont ont différentes formes géométriques par exemple une formé d'étoile, une forme polygonale, etc... Grtce à la disposition~parti- culière des parois séparatrices 2 axialement ou radialement par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 1, les chicanes sont divisées en différentes sections. A cet égard, les parois séparatrices 2 sont par exemple assemblées par soudage, par brasage ou par rivetage. Pour garantir un écoulement continu des phases, les chicanes sont ouvertes dans leurs sections droites circulaires dans la direction d'écoulement.Pour obtenir un meilleur mélange de phases, il s'est avéré avantageux de répartir sur la hauteur des chicanes différentes parois séparatrices 2, comme le montre la figure 1, auquel cas l'écoulement des phases est additionnellement modifié et dévié. Alors que la stabilisation des phases s'effectue dans les zones de stabilisation 4 formées par les parois séparatrices 2 des chicanes, celles-ci sont associées sur les deux côtés à des zones de mélange parallèles dans lesquelles se trouvent l'agitateur 5 de l'arbre de rotor 1 qui balaie centralement toutes les zones de l'appareil. Le nombre des voiles ou des disques d'agitation peut varier en correspondance au mode de réalisation des chicanes, auquel cas il est possible d'adapter les agitateurs à la forme géométrique des chicanes de manière à pouvoir, dans une position déterminée, engager l'arbre de rotor complet 1- au travers des chicanes de l'appareil monté en position ou bien également le faire sortir axialement de l'appareil. Il s'est avéré avantageux de choisir dans l'appareil de l'invention un rapport entre la hauteur des zones de stabilisation 4 et celle des zones de mélange 3 compris entre 1:2 et 4:1. Du fait que dans des appareils comportant de tels composants on obtient une section libre de colonne qui est au moint égale à 0,9 , il est possible de diminuer considérablement leur diamètre.La section libre de colonne est déterminée à partir des paramètres suivants; f = section de colonne - section d'arbre - section de composants q section de colonne Lorsqu'on introduit en tête de l'appareil. dans le cas d'extracteurs liquide-liquide la phase lourde à contre-courant par rapport à la phase légère, il se produirait si les chicanes suivant l'invention n'étaient pas prévues et du fait de la différence de densités des phases, un mouvement axial, et sous l'effet de la force centrifuge résultant de la rotation des arbres de rotor 1 et des agitateurs 5, un mouvement radial.En particulier le mouvement radial est cependant supprimé par les sections des chicanes constituées par les parois séparatrices 2 de sorte que dans ces zones il se produit un processus de sta bilisation par réduction de la vitesse d'écoulement, les deux phases ne se déplacent qu'à contre-courant dans les zones de stabilisation et en conséquence on réduit la tendance au reflux du mélange. Lorsque les phases parviennent ensuite de cette zone de stabilisation à nouveau dans les zones de mélange associées 3, elles sont à nouveau mises en turbulence. Ces processus se répètent en correspondance au nombre des composants de grande capacité, elles sont déterminées par un temps de séjour approprié dans les différentes zones de manière à assurer un contact intime des phases pour un faible reflux de mélange et elles garantissent par conséquent un rendement élevé d'extraction. R2#VENDICATI ONS i) Installation de grande capacité pour appareils chimiques servant à mettra en dispersion ou en suspension des mélanges hétérogènes dans le cas de processus d'échanges de matières ou de réactions chimiques, caractérisée en ce qu'il est prévu sur le côté intérieur du corps de l'appareil des chicanes de sections droites circulaires qui comportent des parois séparatrices disposées parallèlement à la direction d'écoulement des phases ainsi au'axialement ou radialement par rapport à l'arbre de rotor et munies d'agitateurs et en ce oue du fait de l'agencement des parois séparatrices, les chicanes présentent, sur leurs sections droites circulaires ouvertes des deux côtés, des formes géométriques différentes telles qu'une forme d'étoile une forme polygonale, etc... 2) Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les chicanes sont placées l'une au-dessus de l'autre et divisent le corps de l'appareil en zones de stabilisation et de repos, auquel cas le rapport entre la hauteur de la zone de stabilisation et la hauteur de la zone de mélange varie entre 1:2 et 4:1. 3) Installation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section droite des chicanes suivant l'invention assure en coopération avec l'agitateur associé, une section libre de colonne d'au moins 0,9.