Brevet FR2315969A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un procédé original pour condenser des vapeurs et pour évaporer des liqudes sous forme de gaz. Tout d'abord,'la-condensation de-vapeurs présentesdans des gaz présente dans la pratique diverses difficultés, surtout si dans le mélange gazeux on rencontre d'autres produits, tels que l'eau, des fumées de combustion, etc ainsi que du fait que le condensat peut se présenter sous la forme d'un mélange visqueux de tous les produits condensés ; en mtme temps la condensation peut former un brouillard, les dispositifs connus de condensation étant de toute façon inefficace le gaz présentant des sursaturations de vapeur ce qui se traduit en pertes par entrat- nement et que le système se termine sans en tirer profit. En second lieu, l'évaporation de liquides aux plus diverses fins (saturer un gaz, évaporer un liquide avec entraînement gr ce à un gaz inerte, etc) a lieu avec le mtme dispositif de condensatîon-évaporation que l'on propose selon la présente invention et qui sera de plus explicité d'#avantage par la présente mémoire et les exemples correspondants. La présente invention consiste en a) Imprimer au gaz un mouvement rotationnel dans le tuyau de condensation quels qgs~ent sa forme et son diamètre, gracie à une lame construite en un matériau quelconque qui résiste à la température d'entrée du gaz ou à celle du travail du système, ou à base de diverses lames de métaux distincts ou des matériaux réunis entre eux ou non, à laquelle ou auxquelles on donne une forme hélicoïdale tournant dans n'importe lequel des deux sens, c'est-à-dire à droite ou à gauche ou vice-versa. b) Refroidir le tuyau de condensation extérieurement par n'importe lequel des procédés habituellement connus dans l'industrie, avec une enveloppe d'eau, une convexion forcée, une convexion naturelle, etc avec pour but de refroidir le tuyau de condensation extérieurement, ou bien dans le cas d'utilisation dudit tuyau comme évaporateur d'apporter de la chaleur à partir de l'extérieur au moyen de n'importe quel système connu c'està-dire une enveloppe de vapeur, d'huile, de manière électrique, etc. c) Eventuellement, d'introduire un liquide réfrigérant au sein du gaz, avec le double but de refroidir le gaz et de nettoyer les superficies internes du condenseur. Le dispositif employé sert également comme évaporateur sans pour autant altérer le sens de circulation du gaz dans le dispositif. En effet, lors de l'utilisation du condenseur, le gaz entrera par la partie supérieure du dispositif mentionné, en sortant par sa partie inférieure où on disposera à la suite un séparateur solide-liquide de n'importe quel type connu dans la pratique (cyclone, démélangeurs.: -, filtration, etc), et/ou bien un dispo positif spécial qu'on cite ici comme original, lequel consiste en un tuyau de diamètre plus petit que le tube condenseur, disposé au-dessous de celui-ci, par où sortira la majeure partie du gaz, après que le mouvement rotationnel imprimé à celui-ci lancera le liquide réfrigérant contre les parois, grace auquel le gaz abandonnera le système par l'intérieur du tube de plus faible diamètre cité, tandis qu'on le retrouvera sous forme condensée à l'extérieur de celui-ci. Lors de l'utilisation du dispositif comme évaporateur, le dispositif admettra le gaz par sa partie inférieure allant de ~-2açor9iscendzate à contre courant par rapport au liquide que l'on veut évaporer. On introduira le liquide à évaporer par la partie supérieure du dispositif précité et l'enveloppe qu'on utilise comme réfrigérant dans le premier cas sera employé comme chauffage pour thermostater le gaz, de façon que l'on obtienne la température désirée dans le gaz, en l'employant bien ou bien parce que le liquide en s'évaporant fait descendre la température du gaz jusqutà la température désirée, dans ce cas le circuit extérieur de chauffage ne s'emploiera pas, en conséquence sa construction n'étant pas nécessaire. Il est évident que chaque#cas concret exigera untrai- tement du problème différent et en conséquence la construction d'un dispositif de condensation, basée sur ce qui est antérieurement exposé, pourrait supposer l'emploi de un ou plusieurs tuyaux travaillant en parallèle, de longueur variable, en matériaux adé quats chaque problème concret et également de diamètre variable, mais avec la -caractéristique commune à tous de l'emploi d'une lame hélicoïdale ou d'une lame tordue de manière adéquate, dans n'importe quel sens que Çe soit à droite ou à gauche ou vice versa, où diverses unités fabriquées de la forme précitée, du même matériauoiMn matériau distinct, comme on pourra le voir davantage dans les exemples, introduites à l'intérieur de chacune des conduites employées pour condenser ou évaporer. L' épaisseur de ladite lame sera variable, ainsi que le nombre de tours par mètre de longueur, du fait que chaque problème exigera une solution optimale pour chaque cas qui sera susceptible d'être étudié. Les avantages selon la présente invention sont les suivants: a) pour un même débit de gaz, le dispositif selon l'invention présente un coefficient de transfert de chaleur et de matière plusieurs fois supérieur par rapport à un condenseur traditionnel ce qui représente une économie considérable en superficie de réfrigérant et en conséquence une économie enmètres de la conduite de condensation. b) si le gaz refroidi contient une quantité suffisante de vapeurs à condenser, comme le gaz possède un mouvement rotationnel descendant, le liquide est lancé vers les parois de manière continue, sous l'effet de la force centrifuge qui wacilee lten- traînement et la récupération ultérieure du condensat , en réalisant un effet de lavage continu des superficies internes du tuyau condenseur. Dans le cas où le gaz ne contient pas la quantité suffisante pour effectuer ce lavage, on peut lui ajouter en quantité variable un débit d'un liquide réfrigérant avant ou dans la partie supérieure du dispositif de condensation, ou bien une vapeur qui ait la même mission précitée. Ce liquide une fois condensé, se séparera du gaz et une foisapprêté,ét conditionné on pourra l'utiliser à nouveau, ou bien le rejeter une fois utilisé. c) Lorsque le gaz entre dans le dispositif condenseur à une température supérieure à celle de la température d'ébullition du liquide employé comme réfrigérant, il se produira un rapide refroidissement du gaz jusqu'à la température précitée, le gaz restant saturé de liquide. Comme le gaz continueà se refroidir pendant qu'il avance dans le condenseur, à cause du refroidissement créé par le circuit extérieur de réfrigération, il s'établit un courant de diffusion de la vapeur de liquide introduite et de la vapeur que l'on cherche à condenser vers les parois de la conduite de condensation. Cette diffusion, plus la force centrifuge du gaz, augmente notablement la diffusion de la vapeur que l'on veut condenser, en élévant d'une quantité notable le coefficient apparent de transfert de matière. d) dans le cas fréquent de formation de brouillard ou dUbtas tion des gaz avec des brouillards, la force centrifuge développée par le mouvement rotationnel du gaz, lance les petites gouttes vers les parois en les incorporant au liquidequl descend le long des parois, en obtenant ainsi une séparation efficace des gouttes Dans le cas de l'emploi du dispositif comme évaporateur ou saturateur de gaz, les avantages de ce dispositif sont les suisents e e) il permet le contact intime entre gaz et liquide, en créant une turbulance qui permet la saturation du gaz avec un appareillage notablement inférieur à ceux connus jusqu'à présent, dont on contre la température de manière fixe à l'aide de l'enveloppe extérieure de chauffage dans ce cas, lequel permet de travailler avec un équipement considérablement petit de manipulation et de contrôle faciles. Le gaz, qui entrera dans l'évaporateur à une température variable dans chaque cas concret, s'élèvera à l'intérieur de la conduite à contre courant avec le liquide que l'on désire évaporer, lequelhdescend à l'intérieur de la conduite. L'enveloppe extérieure permet de thermostater la température et la lame hé licoïdale ou analogue sert à imprimer un mouvement rotationnel, qui créé une grande turbulence laquelle favorise la saturation du gaz et son homogénisation. Le nouveau condenseur, évaporateur que lton propose selon l'invention, est également applicable au cas suivant 1.- Lesprocédoedans lesquels on cherche à refroidir un gaz gr ce à un liquide qu'on introduit à l'intérieur de ce dispositif ou dans une étape précédente, que l'on vaporise totalement ou en partie, et qui va se condenser grâce à l'effet de la réfrigération extérieure, ou bien quetson permet de quitter le système sans le refroidir ultérieurement. Il existe la possibilité que l'on soit intéressé à le recycler pour l'employer un nombre indéterminé de fois. Dans ce cas on devra monter les systèmes adéquats de séparation gaz-liquide et un conditionnement ultérieur du liquide réfrigérant (exemples 1 et 2). 2.- Comme condenseur dans ces procédés dans lesquels on rencontre une vapeur ou un mélange de vapeurs condensables diluées dans un ou dans plusieurs gaz, que l'on veut séparer (exemple n0 3). 3.- Les procédés dans lesquels on désire évaporer un liquide ou un mélange de liquides dont on veut incorporer les vapeurs dans un gaz ou dans un mélange de gaz. 4.- Comme laveur de gaz dans tous les cas dans lesquels un gaz qui contient des particules solides ou liquides que l'on veut séparer, et dans lesquels en employant le liquide qui circule à l'intérieur de la conduite munie d'une lame hélicoïdale comme liquide de lavage, le liquide entraîne dans ses mouvements toutes les particules solides ou liquides déposées sur les superficies, en empêchant ainsi leur dépit qui gênerait le passage du gaz à l'intérieur de la conduite, en effectuant en même temps un effet de nettoyage du gaz. De tout ce que l'on vient d'exposer on en déduit que le dis-positif selon la présente invention peut s'employer comme réfrigérant, condenseur, évaporateur, et laveur de gaz. Exemple n01 On a disposé un tuyau en acier inoxydable de 76 mm de diamètre extérieur et 73 mm de diamètre intérieur d'une longueur de 6 mètres enveloppé par une enveloppe cylindrique extérieure du même matériau fermée aux deux extrémités, de l'eau y étant en circulation qui entre à une température de 14la. Par la partie supérieure de la conduite de 76 mm de diamètre extérieur dont on a introduit à l'intérieur une lame en acier inoxydable de 2 mm d'épaisseur et d'envergure égale à 72 mm tordue de manière héli coldale de gauche à droite avec un pas d'hélice de 0,39 m, on introduit un débit d'air à 1500C égal à 300 m3/h. La température de sortie du gaz est de 250C et celle de l'eau de réfrigération extérieure de 160C. Le gaz sort par la partie inférieure de la conduite où il se sépare d#'eau que l'on a introduit dans le circuit. Comme résultat, par la partie supérieure de la conduite de 76 mm de diamètre, et à l'intérieur on introduit un débit d'eau à 140C de 3 litres par minute lequel se vaporise partiellement en entrant en contact avec le gaz à 1500C. A mesure que le mélange se réalise lors de son parcours dans la conduite, l'eau se condense à nouveau et cède de la chaleur au circuit extérieur de réfrigération, par lequel on continuera refroidir le gaz avec une installation très réduite. Dans la partie inférieure de sortie du gaz, on dispose un cyclone qui sépare l'eau introduite à l'intérieur de la conduite du gaz. De ce cyclone, l'eau passe à un endroit de stockage à partir duquel on la recycle à la partie supérieure de la conduite pour l'utiliser à nouveau. Exemple n0 2 Exactement le même exemple que précédemment, avec l'unique exceptiai4ue l'eau qui circule intérieurement s'emploie seulement une seule fois en introduisant toujours uneJeau neuve à 140C. Avec cette expérience on désire démontrer que l'on peut utiliser le condenseur sans la nécessité d'un équipement auxiliaire de traitement de l'eau, si on dispose de l'eau en quantité su ffl sante comme pour pouvoir l'utiliser une seule fois c'est-à-dire par exemple dans le cas d'eau de mer Exemple n0 3 On dispose une conduite de 8 m de longueur en acier inoxydable de 76-73 mm de diamètre extérieur et intérieur respectivement avec une lame du m8me matériau inoxydalbe de 2 mm d'épaisseur et de 72 mm d'envergure de 8 m de long, enveloppée par un tuyau de 150 mm de diamètre extérieur fermé, de façon qu'il délimite un volume entre la conduite et le tuyau, le tuyau se remplit d'eau (circuit extérieur de réfrigération) en circu lation constante ladite eau entre à une température de 140C. On introduit à l'intérieur de la conduite de 76 mm de diamètre extérieur un débit de 15 litres par minute d'eau à 140C en même temps que 100 m3/h de gaz de combustion provenant d'un four qui grille d~ minerais de mercure. La concentration en mercure est de 3 grammes par m3 de gaz, dans lequel sont également les gaz de combustion, de la vapeur d'eau, des poussières, etc. Dans la partie inférieure de la conduite~ de 76 mm de diamètre extérieur on dispose un cyclone et un séparateur de gouttes, en permettant ensuite au gaz de stincorporer à une unité d'épuration. L'efficacité de ces systèmes et de 99 74 dyietal recueilli dans le gaz en comprenant ainsi que à la différence des condenseurs traditionnels le condenseur selon l'invention ne s'obstrue pas à aucun moment, après un mois de fonctionnement ininterrompu, dû à l'effet de lavage relaté antérieurement dans la description. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aixmodes de réalisation décrits qui ne sont donnés qu'à titre d'exemple. En particulier elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R S V E m D I C A 2 I O N S REVE#DI0AT I 0#S 1. Système rotationnel pour la condensation de vapeurs et l'évaporation de liquides en gaz et notamment des gaz contenant du mercure, caractérisé en ce qu'on emploie un dispositif qui comporte un ou plusieurs tuyaux à l'intérieur desquels il y a une ou plusieurs lames du même matériau ou d'un matériau distinct, tordue dans n'importe quel sens des deux sens de rotation, ce dispositif en plus est pourvu d'une réfrigération extérieure sous n'importe quelle forme connue et dans certains cas d'un dispositif de chauffage, la mission de ce dispositif étant d'imprimer un mouvement rotationnel au gaz de telle façon que les particules solides ou liquides présentes dans ledit gaz sont lancées sous l'effet de la force centrifuge contre les parois latérales du tuyau à l'intérieur duquel on rencontre la lame hélicoïdale. 2. Système rotationnel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en plus le nombre de pas de l'hélice,que doit avoir chaque lame dans un sens donné, doit être supérieur à un jusqutà un nombre indéterminé de pas. 3. Systeme rotationnel selon l'une des revendications ou 2, caractérisé en ce qu'en plus l'envergure de la lame ou des lames en séries est telle qu'elle permet d'être introduite à l'intérieur du tuyau en s'ajustant de manière possible aux parois du tuyau, d'où l'ensemble peut être fabriqué en un seul bloc. 4. Système rotationnel selon l'une des revendications à à 3, caractérisé en ce qu'en plus la longueur du matériau de construction et le pas de l'hélice notamment sont tels qu'ils assurent toujours- la mission d'imprimer au gaz un mouvement rota tionnel, avec avance dans le sens axial, qui favorise de manière importante le processus physicochimique que l'on cherche c'està-dire refroidir, condenser, évaporer, et/ou laver, ou des procédés dans lesquels interviennent deux ou plus des processus précités. 5. Système rotationnel selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en plus éventuellement on peut disposer une entrée ou plusieurs entrées de liquide réfrigérant que l'on incorpore au gaz avant ou à l'entrée du dispositif décrit dans les revendications précédentes, chaque tuyau étant doté globalement ou individuellement d'une lame hélicoïdale, avec pour but de refroidir, de favoriser la condensation, d'être évaporé, ou de laver le gaz dans chaque cas, ou plusieurs de ces actions à la fois, selon l'emploi que l'on veut faire du dispositif. 6.- Système rotationnel selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en plus on fait circuler à l'intérieur du tuyau muni d'une lame hélicoïdale un liquidekéfrigérant lequel est susceptible d'être utilisé un nombre indéterminé de fois sans autre chose que de le conditionner d'abord en faisant fonctionner alors le dispositif comme refroidisseur de gaz. 7.- Système rotationnel selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en plus en ce qu'on fait passer les gaz à condenser à l'intérieur du tuyau muni d'une lame en pouvant ou non introduire en plus un liquide auxiliaire, le tuyau étant muni ou non d'une réfrigération extérieure et en récupérant le condensat dans la partie inférieure dudit dispositif. 8.- Système rotationnel selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'en plus à l'intérieur du tuyau ou des tuyaux munis d'un#ame hélicoïdale on fait circuler les gaz, les liquides, ou leur mélange à contre courant avec le ou les liquides à évaporer totalement ou partiellement, en même temps et éventuellement par le circuit extérieur on réalise unthauffage. 9.- Système rotationnel selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que par intérieur du tuyau muni d'une lame on fait circuler des gaz qui contiennent des particules solides ou liquides ou des gaz que l'on désire séparer, et à contre courant on fait passer un liquide capable d'absorber, d' adsorber ou d'entraîner lesdites substances. 10.- Système rotationnel selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'en plus pour séparer le liquide que l'on introduit à l'intérieur des tuyaux on peut disposer un tube de diamètre inférieur au diamètre intérieur du tuyau muni d'une lame hélicortdale, situé en dessous de ladite lame et muni d'une proéminence par laquelle on soude ledit tube au bord du tuyau de façon qu'il délimite deux allumes, le liquide, qui sort par la périphérie du tuyau muni d'une lame hélicoïdale, n'entre pas dans le tube disposé en dessous de la lame, tandis que le gaz passe à l'intérieur du tube précité, en favorisant ainsi la séparation liquide-gaz avec un rendement variable selon les cas. 11.- Produits industriels, contenant notamment du mercure ou des dérivés du mercure, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12.- Dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte application du système rotationnel selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.