Brevet FR2298359A1 — publié le 19760820

Dans de nombreuses applications industrielles, on doit mettre en contact un gaz et un liquide d'une façon aussi intime que possible. Il en est ainsi pour le lavage ou le dépoussiérage d'un gaz, l'absorption d'un gaz dans un liquide, les transferts de chaleur entre gaz et liquide, etc.. Le procédé le plus simple et le plus ancien est le barbotage du gaz dans la masse liquide et le principe a été perfectionné en multipliant les contacts dans une colonne contenant des empilages de plateaux ou autres organes et parcourue en contre-courant par le liquide et par le gaz. L'un des obJets de la présente invention est d'obtenir une grande efficacité de contact entre gaz et liquide, sans grande dépense d'énergie en particulier pour la compression du gaz et sans nécessité de recourir è un appareillage complexe et cofteux. Un autre objet de l'invention est d'obtenir une séparation rapide du liquide et du gaz après la mise en contact. Dans le procédé de l'invention, on utilise un liquide sans propriétés moussantes particulières et non additionné d'un moussant. Ce liquide est conduit sous la forme d'une nappe sur la partie haute d'un support incliné percé d'une multitude de petits trous et sur lequel le liquide, abandonné à lui #nSme, ruisselle par gravité pour etre recueilli è la partie inférieure du support, tandis que le gaz est amené sous le support avec une pression suffisante pour lui permettre de traverser les trous du support et la nappe liquide en ruissellement. les petits Jets gazeux s échappant par les trous se subdivisent dans le liquide en une multitude de petites bulles et les contacts actifs entre le gaz et le liquide se font ainsi par les surfaces de ces bulles. Des études ont déjà été faites sur l'absorption de gaz par des mousses formées par des jets du gaz traversant un liquide tel que de # ?eau préalablement additionné d'un moussant, de manière à réaliser une mousse de grand volume et d'une certaine stabilité. Nais ceci conduit à des appareils volumineux pour accumuler la mousse pendant le temps nécessaire à sa résorption et à la séparation complète des phases gazeuses et liquides et entraine en outre une dépense d'énergie importante pour détruire une mousse-de grande épaisseur. D'autre part, le produit moussant restant dans le liquide le pollue.Un tel processus n1 est pas applicable, en p#'ticulier, au cas d'un gaz devant 8tre simplement lavé ou dépoussiéré ou pour des transferts de chaleur entre gaz et liquide. Dans le procédé selon l'invention, on évite de faire une mousse stable et le liquide n'est donc pas un liquide moussant. Il peut Autre tout simplement de l'eau sans addition d'un produit moussant, de sorte que la mousse qui peut se produire dans la nappe liquide en ruissellement n'a qu'une existence momentanée et disparaît très vite au bas du support perforé, en permettant la séparation rapide du liquide et du gaz. Dans l'esprit de l'invention, on pourra titre conduit dans certains cas à ajouter au liquide un produit anti-mousse.Autrement dit, comme une mousse est formée de petites bulles dont la durée de vie caractérise la stabilité de cette mousse, on peut considérer que dans l'esprit de l'invention on choisit les conditions physico-chimiques de manière que les bulles fournies par l'action du grz aient une durée de vie de l'ordre de la seconde et mEme plus petite. L'invention a aussi pour objet l'appareil Qstiné à la mise en oeuvre du procédé. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en dlévation et en coupe schématique d'un mode de réalisation d'un appareil selon l'invention. La figure 2 est une autre vue en élévation à 900 de la précédente (c'est-à-dire regardée dans le sens de la flèche ?), le carter supérieur de l'appareil étant supposé enlevé La figure 3 montre en élévation et en coupe une variante de l'appareil. Le liquide arrivant en 1, par exemple de l'eau, remplit une cuve 2 et, passant sur un déversoir horizontal 3, parvient à la partie haute d'une plaque 4 inclinée de haut en bas. il ruisselle sur cette plaque pour être recueilli en bas dans un bac 5. L'inclinaison de la plaque est importante. On a obtenu de bons résultats pour une inclinaison de la plaque, par rapport à la verticale, comprise entre 450 et 600, on a trouvé en particulier que le diamètre minimum des bulles correspondait à une inclinaison de 600. La plaque présente sensiblezent la forme d'un rectangle dont les côtés supérieurs se trouvent au-dessous du déver- soir 3, de sorte que la plaque se trouve recouverte à la suite de ce déversoir d'une nappe d'épaisseur uniforme et dont les filets se meuvent parallèlement les uns aux antres. la plaque est perforée d'une multitude de petits trous 6 répartis nr toute sa surface, dont le diamètre est de l'ordre du millmètre, par exemple 3 mm pour un intervalle de 30 n entre les trous. Une enceinte close 7 enferme le. divers organes. La partie 7a de cette enceinte située sous la plaque reçoit par un ou plusieurs tuyaux 8 le gaz #né on 9 eoezs une certaine pression. Le gai passant par les troua 6 est obligé de trsv#r- ser la nappe de liquide, en bas temps qu'il empêche le liquide de tomber de la plaque k travers les trous. flans le liquide, le gaz tend à former de petit. jets dont le vitesse relative par rapport au liquide est d'autant plus élevée que la vitesse de ruissellement du liquide est elle-même pins grande. Les petits jets de gaz sont ainsi brisés dès l'origine par le li- quide, en formant une multitude de petites bulles dont la surface est le siège de l'échange entre liquide et gaz. le gaz ayant traversé le liquide est évacué de la partie supérieure 7 de l'enceinte par un conduit 10, pour Outre finalement retiré en 11 tandis que le liquide recueilli au bas de la plaque dans le bac 5 est évacué de ce bac en 12, par exemple au moyen d'une pompe ~ 3, pour être finalement recueilli en 14. Dans un tel appareil, la perte de charge du gaz, à la traversée de la plaque perforée et de la nappe liquide, est relativement faible et la pression de refoulement du gaz en 9 n'a donc pas besoin autre très élevée, ce qui permet de réduire le travail de compression du gaz. Naturellement, cette perte de charge dépend de l'épais= seur de la nappe en ruissellement, mais on peut donner à cette épaisseur une valeur relativement petite; par exemple 10 mm en haut de la plaque, en réglant l'alimentation du déversoir 3, et recycler du liquide depuis le bas de la plaque vers le haut pour multiplier les contacts gaz-liquide. En effet, il est plus économique d'élever le liquide de la hauteur de la plaque que diaug- menter la compression du gaz pour lui permettre de vaincre une perte de charge élevée, comme celle qui serait la conséquence d'une couche de liquide épaisse. Dans l'exemple donné : trous de 3 mm espacés de 30 mm, épaisseur de la lame de liquide en haut de la plaque : 10 mm, la perte de charge du gaz est de 30 mm de colonne d'eau pour un débit de gaz de 100 m3/heure et pour 1 m2 de surface de la plaque. Le recyclage peut être réalisé par des dispositifs simples. On a représenté sur le dessin une conduite 15 permettant de recycler une partie du liquide refoulé par la pompe 13. On a aussi figuré une conduite t6 pour recycler une partie du gaz, par exemple sous l'action d'un éjecteur 17 fonctionnant au moyen du jet de gaz frais sous pression entrant en 9. Des robinets convenables, tels que 18, 19, 20, 21, placés respectivement sur les conduites de liquide et de gaz permettent de doser les débits de recyclage. Le temps de contact entre liquide et gaz, c' est-à-dire la durée de vie de chaque bulle étant très faible, par exemple de lu ordre de 0,1 seconde, le coefficient de transfert, qu'on appelle généralement conductance gaz-liquide, est maximal et il reprend cette valeur maximale à chaque recyclage du liquide, recyclage qui crée des bulles nouvelles. On voit que l'appareil est très simple. Oh a trouvé que, malgré cette simplicité et malgré la faible dépense d'énergie nécessaire, du fait de la faible perte de charge dans le gaz et de la faible consommation de la pompe de circulation du liquide, l'appareil permet d'obtenir une remarquable efficacité dans les échanges. Ainsi, bien que le rapport débit molaire liquide soit débit molaire gaz élevé (très supérieur à 10), l'aire interfaciale par mètre cube de liquide peut être un multiple de ce qu'elle est dans des colonnes à plateaux ou à garnissage avec une consommation d'énergie de Tordre de la moitié ou du tiers. il n'y a pas en effet de zone stagnante ni de parcours préférentiel pour le liquide et le gaz. De plus, la plaque perforée est constamment lavée par Il écoulement torrentiel du liquide qui entrains les dépôts solides dans le bac 5, sur lequel il convient d'ailleurs de prévoir une purge Sa. On a constaté aussi que l'efficacité du contact. et le rendement énergétique sont très peu affectés par des variations meme importantes des débits de gaz et(ou) de liquide, par exemple pour des variations du simple au double, ce qui est un avantage important par rapport aux techniques connues. Les éléments de plusieurs appareils, tels que celui des figures j et 2 peuvent être placés en série, par exemple les uns au-dessus des autres, de manière que le liquide parcoure en série les plaques perforées, en ruisselant de plaque en plaque, tandis que le gaz traverse successivement les plaques, ou encore plusicts appareils peuvent être disposés en parallèle comme représenté sur la figure 3. Sur cette figure, on voit en 4~, 4b, 4c, trois plaques perforées inclinées semblables à la plaque 4 déjà décrite. Le liquide arrivant par le conduit 22 alimente trois collecteurs 23a, 23E, 23c qui règnent le long du côté supérieur des plaques respectives et d'où le liquide déborde pour ruisseler sur les plaques. Le liquide est repris en bas par un conduit 24 et peut être recyclé comme décrit ci-dessus. Le gaz arrivant par le conduit 25, qui occupe toute la largeur de l'appareil, se divise en trois courants parallèles (dont deux autour du conduit 24) pour aboutir sous les plaques perforées et traverser ces plaques ainsi que les nappes liquides qui y ruissellent. Le gaz est recueilli en 26 et peut être recyclé comme oi-dessus > Des montages en série-parallèle pourraient aussi être réalisés. il va d'ailleurs de soi que les modes de réalisation décrits n'ont été donnés qutà titre d'exemples et qu'ils pour- raient être modifiés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en contact d'un gaz et d'un liquide, caractérisé en ce que le liquide sans propriétés moussantes et non additionné d'un moussant est amené à ruisseler par gravité sous forme de nappe sur un support incliné percé d'une multitude de petits trous, tandis que le gaz est conduit au-dessous de ce support avec une pression suffisante pour traverser les trous et la nappe liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conditions physico-chimiques sont choisies de manière que les bulles formées dans le liquide par l'action du gaz aient une durée de vie de l'ordre de la seconde ou mOrne plus petite. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'une partie au moins du liquide est recyclée sur le support perforé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie au moins du gaz est recyclée sous le support perforé. 5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une plaque rectangulaire inclinée et percée d'une multitude de petits trous est associée dans sa partie haute à des moyens propres à former sE çlleelle une nappe liquide occupant mue toute sa largeur et d' épaisseur uniforme, tandis que dans sa partie basse cette plaque aboutit à un collecteur dont le liquide est retiré. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que 1' inclinaison de la plaque par rapport à la verticale est de 45 à 600, de préférence voisine de 600. 7. Appareil selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé par des moyens de remonter en haut de la plaque perforée du liquide prélevé en bas de cette plaque pour le recycler. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par des moyens de reprendre du gaz à la sortie de la plaque perforée et de compenser la faible perte de charge subie par le gaz à la traversée de cette plaque, pour le recycler sous la plaque. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que plusieurs plaques perforées sont alimentées en parallèle par le liquide et traversées également en parallèle par le gaz. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que plusieurs plaques perforées sont alimentées en série par le liquide et traversées également en série par le gaz.