Brevet FR2227042A1 — publié le 19741122

La présente invention concerne les mélangeurs à éjecteur utilisés pour mélanger,puis refouler ou véhiculer des composants gazeux et/ou liquides. Elle peut être en outre utilisée par exemple pour itobtention des mélanges de méthane et d'oxygène à une température de 800 à 9000C pendant la production de I'acétylène, pour la préparation et le débit du mélange de gaz dans les gazogènes et dans les convertisseurs de sidérurgie ainsi quten qualité d'éjecteur de vapeur à rendement élevé, ou comme compresseur à jets dans toute une série d'autres opérations teehnSques. On contact un mélangeur à éjecteur comportant deux buses annulaires disposées coaxialement et communiquant avec une chambre de mélange annulaire se transformant en diffuseur. Les deux composants sont séparément amenés au mélangeur à éjecteur par l'intermédiaire des deux buses annulaires, à la suite de quoi les flux annulaires des composants entrent réciproquement en contact à la sortie,et chacun vient en outre séparément au contact de la paroi de la chambre de mélange.Le mélange obtenu dans la chambre de mélange est dirigé par l'intermédiaire du diffuseur jusqu'à l'utilisation. Le diffuseur est utilisé pour accroître la pression statique engendrée dans le mélange obtenu en réduisant sa vitesse de transfert, ainsi que pour sa répartition suivant une plus grande surface de l'utilisation. Le mélangeur à éjecteur avec buses annulaires peut autre en pratique exécuté pour un débit nécessaire quelconque; cependant ce mélangeur présente un faible rendement, vu la faible surface de contact des phases entre les composants mélangés et les fortes pertes hydrauliques de pression dans la chambre de mélange et dans le diffuseur. Les mélangeurs annulaires à éjecteur connus peuvent eAtre en outre utilisés pour mélanger des composants particulièrement réactifs contenant un agent oxydant ,car les deux composants entrent en contact avec les parois de la chambre de mélange qui, à des températures élevées constituent un catalyseur des réactions d'inflammation et d'explosion. Dans la présente invention ,on se propose de mettre au point un mélangeur de gaz et/ou de liquides,à éjecteur,dans lequel seraient assurées les conditions nécessaires au mélange,à l'intérieur de ce dernier, de composants particulièrement réactifs à des températures élevées,et qui en outre présenterait un rendement plus éleva que le mélangeur à éjecteur connu avec buses annulaires. Cet objectif est atteint par le fait que,dans un mélangeur de gaz et/ou de liquide ,à éjecteur, comportant des buses annulaires coaxiales communiquant avec une chambre de mélange annulaire se transformant en diffuseur, conformément à l'invention, il est prévu trois buses annulaires du type mentionné,ainsi que des dispositifs d'amenée de l'un des composants à mélanger à la buse annulaire médiane, et de l'autre aux buses annulaires intérieure et extérieure,grce à quoi,à l1entrée de la chambre de mélange annulaire, le flux annulaire du premier composant est enveloppé par les deux flux annulaires du second composant. Une telle solution constructive permet d'aecroStre de plus de Oeux fois la surface de contact des phases des composants à l'en- trée de la chambre de mélange,et d'isoler par exemple le composant le plus réactif (ragent oxydant) des parois de la chambre en le faisant passer par la buse annulaire médiane. Pour réduire le temps de mélange, ainsi que pour raccourcir la chambre de mélange, il sera préférable d'exécuter dans les parois intérieures de la bpse annulaire médiane,suivant sa section critique, des enceintes de résonance en forme de tore et qui pendant le passage du flux engendrent dans ce dernier des vibrations acoustiques ( pulsations de haute fréquence). Le débit pulsant de l'un des composants arrivant dans la chambre de mélange augmente nettement le degré de turbulence ,et il en résulte que le rendement du mélangeur à éjecteur est notablement relevé. La chambre de mélange est alors raccourcie à un tel point que la chambre proprement dite est pratiquement supprimée et forme un seul élément avec le diffuseur. Pour assurer la répartition et le débit régulier du deuxième composant par l'intermédiaire des buses intérieure et extérieure ainsi que pour engendrer une turbulence supplémentaire des flux, il est préférable de doter les buses annulaires intérieure et extérieure d'aubes directrices pour la mise en rotation des flux qui en sortent ,dans des sens opposés. En présence d'un degré d'évasement plus élevé du diffiseur,il sera avantageux de placer à la sortie de ce dernier une grille constituée par une multiplicité de bagues concentriques ,ce qui permet d'obtenir un champ uniforme des vitesses du mélange à la sortie du mélangeur à éjecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans.Bsquels la Fig.l représente un mélangeur à éjecteur conforme à l1in- vention ,en coupe longitudinale; la Fig.2 représente la version d'-exécution de la buse médiane avec enceintes de résonance à tore conforme à l'invention encou- pe longitudinale et à grande échelle la Fig.3 représente la section de la Fig l suivant la ligne III-III ; la Fig.4 représente la section de la Fig.l suivant la ligne ZV-N ;; la Fig.5 représente la section de la Fig.l suivant la ligne V-V Le mélangeur de gaz et/ou de liquides, à éjecteur comporte un corps 1 (Fig.l) sur lequel est montée une grille tubulaire 2 à laquelle sont fixés des tubes de distribution 3 répartis d'une façon circulaire autour d'un corps profilé 4.Les extrémités inférieures des tubes de répartition 3 sont raccordées, comme représenté sur le dessin,par une grille annulaire 5 qui porte deux anneaux ou bagues de forme 6 et 7 de façon à constituer une buse annulaire médiane 8 du mélangeur à éjecteur. Dans une des versions d'exécution, les parois intérieures de la buse annulaire médiane 8 peuvent être dotées dans leur section la plus étroite( section critique) d'enceintes de résonance en forme de tore 9, comme représenté sur la Fig.2 Les parois intérieures du corps 1 (Fig.l),la surface latérale du corps profilé 4 et les surfaces extérieures des bagues de forme 6,7 forment entre elles les autres éléments du mélangeur à éjecteur,c'est-à-dire une buse annulaire intérieure 10, une buse annulaire extérieure ll et une chambre de mélange annulaire 12 se transformant en diffuseur annulaire 13. Les buses annulaires intérieure et extérieure 10 et 1 sont dotées à leur partie supérieure d'aubes directrices 14 assurant la mise en rotation des flux qui :en sortent,dans des sens opposés. Sur la Fig.3, les flèches représentent le sens de rotation des flux engendrés par les aubes 14. La Fig.4 illustre la disposition coaxiale des buses annulaires :médiane 8, intérieure 10 et extérieure ll,disposition grâce à laquelle le flux annulaire du composant s'échappant de la base annulaire médiane 8 est enveloppé par deux flux annulaires du deuxième composant s'échappant de la buse annulaire intérieure 10 et de la buse annulaire extérieure 11. Le mélangeur à éjecteur (Fig.l) est doté d'vn dJspositif pour l'amenée du premier composant à la buse annulaire médiane 8 par l'intermédiaire d'une tubulure conique 15, des tubes de distribution 3 et de la grille annulaire 5, ainsi que d'un dispositif pour l'amenée du deuxième composant à la buse annulaire intérieure 10 et à la buse annulaire extérieure 11 par l'intermédiaire d'une tubulure 16 et de l'espace intertubulaire. A la sortie du diffuseur annulaire 13 se trouve une grille de distribution réalisée à l'aide d'une multiplicité de bagues 17 disposées concentriquement Les bagues sont fixées à l'intérieur d'une virole 18 par l'intermédiaire d'entretoises 19, comme représenté sur la Fig.5. Le mélangeur à éjecteur proposé fonctionne de la façon sui vante Le flux haute pression du premier composant à mélanger est amené,par l'intermédiaire de la tubulure 15, des tubes de distribution 3 et de la buse annulaire médiane 8, à la chambre annulaire de mélange 12 sous forme d'un flux annulaire. Au m8me endroit ,en passant par la tubulure l6,l'enceinte in- tertubulaire et les aubes 14, i travers les buses annulaires intérieure et extérieure 10 et 11, sont délivrés des flux annulaires, tournant et à faible pression, du deuxième composant à mélanger ,ces flux enveloppant le flux annulaire du premier composant. Dans le cas d'utilisation de la buse annulaire médiane 8 avec des enceintes de résonance en tore 9 (Fig.2), le flux haute pres sion débouchant sur l'arête aigre de l'un des résonateurs 9 engendre dans ce dernier des vibrations acoustiques qui sont amplifiées par un autre résonateur 9 fonctionnant en opposition de phase avec le premier,et qui se propagent dans la chambre de mélange 12 (Fig.l) et dans le diffuseur 13. Dans la chambre de mélange 12 et dans le diffuseur 13, il se produit une égalisation des champs de vitesse et de la concentration des composants. à mélanger La répartition uniforme du mélange à deux composants obtenus suivant une grande surface de l'utilisation et le champ uniforme des vitesses du flux sont assurés par l'intermédiaire du diffuseur 13 et des bagues concentriques 17 de la grille de répartition. Le mélangeur à éjecteur proposé,dans lequel le flux de l'un des composants est isolé à l'entrée de la chambre de mélange 12 par deux flux de l'autre composant assure leur mélange en un temps extrêmement réduit et peut être par exemple utilisé avec beaucoup d'avantages pour la préparation des mélanges de méthane et dtoxy- gène à une température de 800 à 9000C pendant la fabrication de l'acétylène avec combustion incomplète du méthane dans l'oxygène A cet effet,ltoxygène est délivré au mélangeur à éjecteur, exécuté conformément à l'invention,par l'intermédiaire de la buse annulaire médiane 8, et le méthane par l'intermédiaire de la buse annulaire intérieure 10 et de la buse annulaire extérieure 11. L'isolement du flux annulaire d'oxygène par deux flux de méthane à l'entrée de la chambre de mélange annulaire 12 permet, tout en assurant une grande surface de contact de ces flux, de procéder au mélange à une température de 800 à 9000C pendant un temps notablement inférieur à celui de la période d'auto-inflamma tion par induction du mélange de méthane et d'oxygène. Grâce à ce faits la concentration du produit fini (acétylène) dans les gaz de pyrolyse augmente jusqu'à 10% du volume, à la place des 8 à 8,5 du volume obtenu ordinairement à des températu res de chauffage des composants du mélange de 600 à 6500C dans les réacteurs à combustion incomplète du méthane faisant appel aux dispositifs de mélange connus. Parallèlement au relèvement de la concentration de l'acétylè ne,l'application du mélangeur à éjecteur proposé pour la fabrica- tion de l'acétylène permet de réaliser un réacteur à production unitaire plus élevée, et donc de réduire le prix de revient de l'acétylène obtenu par combustion incomplète des hydrocarbures dans l'oxygène. REVENDICATIONS 1 -Mélangeur de gaz et/ou de liquides ,à éjecteur, comportant des buses annulaires coaxiales communiquant avec une chambre de mélange annulaire se transformant en diffuseur, caractérisé par le fait qu'il comporte trois buses annulaires et un dispositif pour l'amenée de l'un des composants à mélanger à la buse annulaire médiane,tandis que le deuxième composant à mélanger est amené aux buses annulaires intérieure et extérieure,grâce à quoi,à l'entrée de la chambre de mélange annulaire,le flux annulaire du premier composant est enveloppé par les deux flux du deuxième composant. 20-Mélangeur à éjecteur suivant la revendication l,caractérisé par le fait que des enceintes de résonance en forme de tore sont ménagées dans les parois intérieures de la buse annulaire médiane et suivant sa section critique 30 -Mélangeur à éjecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisé par le fait que les buses annulaires intérieure et extérieure sont dotées d'aubes directrices pour la mise en rotation des flux qui s'en échappent,dans des sens oppo sés. 40 -Mélangeur à éjecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé par le fait qu'à la sortie du diffuseur se trouve une grille de distribution constituée par une multiplicité de bagues disposées concentriquement.