Brevet FR2322648A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne les techniques de mise en contact entre un fluide et une matière solide en particules et plus particulièrement la mise en contact entre un liquide et une matière particulaire circulant l'une par rapport l'autre contre-courant. L'invention vise plus particulièrement un appareillage permettant à la fois cette mise en contact, c'est-a-dire le traitement du liquide par la matière particulaire et la régénération de cette matière particulaire de manière automatique, continue ou non. On sait en effet que d'une manière générale la mise en contact contre-courant d'un liquide avec une matière en particules en vue de la modification physique et/ou chimique du liquide sous 11 effet d'une réaction physique et/ou chimique avec la matière solide en particules nécessite d'une part l'introduction du liquide à traiter dans une zone réactionnelle et la récupération du liquide après traitement hors de cette zone réactionnelle, également on a recherché comme une facilité l'évacuation en continu de la matière solide particulaire ayant été modifiée à son contact avec le liquide, en vue de la régénération de cette matière particulaire avant sa réintroduction dans la zone réactionnelle. La présente invention apporte une solution élégante, simple, commode et bon marché à réaliser pour cette mise en contact et cette régénération. A cet effet, l'invention vise un appareillage pour la mise en-- contact en continu d'un liquide circulant à contre-courant avec une matière particulaire, cet appareillage étant caractérisé essentiellement en ce qu'il se compose d'une capacité verticale dans une zone annulaire extérieure de laquelle circule verticalement de haut en bas la matière particulaire et dans l'axe de laquelle est disposée une conduite verticale équipée de moyens par lesquels ladite matière particulaire est reprise et entrainée de bas en haut, des moyens étant prévus pour introduire le liquide à traiter dans la partie inférieure de ladite zone annulaire mais hors de la zone d'action des moyens de reprise et d'entrainement de la matière particulaire et pour recueillir le liquide traité dans la partie supérieure de la zone annulaire, la matière particulaire étant recueillie à la partie supérieure de la conduite verticale axiale en vue d'un traitement approprié avant sa réintroduction dans la partie supérieure de la zone annulaire. Selon un mode de réalisation élémentaire très simple de l'invention, on prévoit deux capacité, le liquide circulant dans la première capacité étant destiné à êtetraité par la matière particulaire et le liquide circulant dans la seconde capacité étant destiné à ramener la matière particulaire recueillie a la partie supérieure de la conduite axiale de la première capacité à l'état approprié à sa réintroduction dans la zone annulaire de la première capacité. Selon une variante plus élaborée de cette réalisation, en vue de certaines applications qui seront décrites plus loin, l'appareillage comporte au surplus au moins une troisième capacité, la matière particulaire recueillie à la partie supérieure de la conduite axiale de la seconde capacité, après un premier traitement dans cette capacité, étant introduite dans la zone annulaire de la troisième capacité, en vue d'y subir un second traitement et ainsi de suite jusqu'à sa réintroduction dans la première capacité. Dans un tel cas, on peut prévoir que dans la première capacité un liquide subit un traitement par traitement par le solide particulaire puis le solide particulaire épuisé provenant de la première capacité subit une régénération par un liquide approprié dans la seconde capacité et enfin le solide ainsi régénéré subit un rinçage dans la troisième capacité avant d'être réintroduit dans la première. On peut également prévoir, au lieu de cette régénération et de ce rinçage, que le traitement subi par le solide à la sortie de la première capacité est un traitement en phase solide, par exemple une réaction chimique dans une chambre de réaction ou un traitement thermique dans un four ou dans une étuve. A titre d'exemple d'application d'un tel appareillage, on peut bien entendu citer les installations de traitement de liquides au moyen de résines échangeuses d'ions, le liquide de la première capacité étant alors soumis à une déminéralisation par la résiné échangeuse d'ions et le liquide de la seconde capacité étant un liquide régénérant de la résine. Une autre application que l'on peut concevoir de cette installation est celle dans laquelle le solide est un charbon actif utilisé dans une étape d'affinage au cours du traitement d'épuration des eaux domestiques ou industrielles, la seconde capacité servant alors à la régénération de ce charbon actif. On va décrire l'invention plus en détails en se référant maintenant au dessin annexé sur lequel - La figure 1 représente l'invention sous sa forme la plus élémen- taire et - la figure 2 représente le mode de réalisation de l'invention comportant deux capacités de régénérations du solide provenant d'une première capacité. Bien entendu, les mêmes éléments des deux figures seront désignés par les mêmes références numériques. Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 1, on y a représenté une capacité désignée par la référence générale I, une seconde capacité désignée par la référence générale 2. Axialement dans chaque capacité, est disposée une tubulure 4 (et 4') se terminant à la partie inférieure au voisinage du fond conique 5 de chaque capacité, ce fond conique étant équipé d'une tuyère hydro-éjectrice 6 dont le niveau est calculé par rapport à -la base du tube 4 de la manière qui sera exposée ci-après. Des tubulures d'entrée 7 et 7' et des tubulures de sortie 8 et 8' servent à la circulation du fluide intervenant dans chacune des capacités tandis que chaque capacité est remplie d'un solide particulaire effectuant un cheminement continu de haut en bas à l'extérieur du tube 4 dans la zone l et à l'extérieur du tube 4' dans la zone 2 et de bas en haut dans le tube 4 et dans le tube 4' sous l'effet d'un fluide moteur de transfert introduit par les tuyères 6 à partir d'une source commune 9. A la partie supérieure des tubes 4 et 4', le solide propulsé par le fluide moteur est recueilli dans un volume 10 et transféré de ce volume 10 à la zone d'utilisation suivante par un tube 11 entre la capacité 1 et la capacité 2 puis par un tube 12 entre la capacité 2 et la capacité suivante comme il va être maintenant exposé : Si l'on prend pour exemple le cas de la déminéralisation d'un liquide par une résine échangeuse d'ions, l'appareillage de la figure I fonctionne de la manière suivante : On introduit le fluide à traiter par lattubulure 7, ce fluide circule de bas en haut à travers une résine échangeuse d' ions, et est évacué après déminéralisation par la tubulure 8. La résine échangeuse d'ions, provenant par exemple de la conduite 12, est introduite à l'état régénéré dans la partie supérieure de la zone annulaire de la capacité 1 et chemine de haut en bas dans la zone annulaire de la capacité 1, en jouant son rle de résine échangeuse d'ions vis- -vis du liquide circulant entre l'entrée 7 et la sortie 8 dans cette capacité 1. A la partie inférieure de la zone annulaire de la capacité 1, un hydro-éjecteur constitué par la tuyère 6 et la base du tube 4 a pour effet de reprendre et d'entraîner la matière particulaire déjà usée, sans entraîner pour autant le fluide à traiter, le point 7 d'introduction étant situé à une distance suffisante de cette tuyère, et la résine usée ainsi refoulée par le tube 4 étant recueillie dans la capacité 10, puis transférée par le tube 11 dans la capacité 2. Dans cette capacité 2, un régénérant frais est introduit par 7' et ce même régénérant épuisé évacué par 8' en cheminant donc de bas en haut à contre-courant avec la résine usée provenant de 11 et cheminant de haut en bas de telle sorte qu'à la partie inférieure de la capacité 2 la résine est régénérée et est reprise par un hydro-ejecteur 5-6, de la même manière que dans la partie inférieure de la capacité 1. La résine ainsi régénérée est -recueillie à la partie supérieure du tube 4' dans la capacité 10' puis évacuée par le tube 12, dans le cas présent le tube 12 pouvant alimenter à son tour la partie supérieure de la capacité 1. I1 apparaît donc clairement que cet appareillage permet de traiter en continu un fluide introduit par 7 et recueilli par 8 de la capacité 1, par une résine cheminant à contre-courant par rapport à ce liquide et, après reprise à- la partie inférieure de la zone 1, transférée à la zone 2 de manière à être régénéréepar un liquide régénérant introduit par 7' et recueilli par 8', à son tour, est reprise à la partie inférieure de la zone 2 à l'état régénéré et récupérée par une tubulure 12 en vue de son utilisation ultérieure, notamment dans la partie supérieure de la zone 1. I1 s'agit là de la réalisation la plus simple de l'appareillage selon l'invention. Une réalisation un peu plus complexe est illustrée à la 1,2 et 3 le nombre de capacités figure 2, à titre d'exemple d'une batterie de capacités d'une bat- terie étant pratiquement illimité, dès lors que chaque capacité de la batterie comporte d'une part un volume dans lequel le solide particulaire circule en permanence de haut en bas dans une zone annulaire puis est repris axialement de bas en haut pour être envoyé dans la capacité suivante après avoir été traité par un fluide introduit à la partie inférieure de la capacité et recueil, li à la partie supérieure. Ainsi, sur la figure 2, on retrouve les capacités 1 et 2 avec leurs éléments tels que décrits précédemment mais la tubulure 12 de la capacité 2, au lieu de déboucher vers la partie supérieure de la capacité 1, débouche à la partie supérieure d'une troi sième capacité 3, dans laquelle la résine, cheminant encore de haut en bas dans la zone annulaire, est rincée cette fois-ci par un fluide de rinçage introduit par 7" et évacuée par 8", le phénomène de mise en contact et de circulation à contre-courant étant le meme dans la zone 3 que dans la zone 2. Le solide régénéré et rincé recueilli en 13 peut alors être renvoyé cette fois-ci à la capacité 1 comme précédemment. I1 est clair que la dynamique de l'ensemble d'un système se composant d'une batterie de n éléments est constante quel que soit le nombre n : chaque fluide est introduit à la base de chaque capacité, circule de bas en haut, et est recueilli à. la partie supérieure de chaque-eapacité après avoir été mis en contact à contre-courant avec le solide particulaire cheminant de haut en bas. Ce contact peut être aussi bien une réaction chimique qu'une filtration ou tout autre phénomène, l'essentiel étant la réalisation de ce contact et de la récupération du fluide modifié à la partie supérieure de chaque zone. De même après la mise en contact du solide particulaire avec le liquide dans une zone et une capacité déterminées, le solide ayant cheminé de haut en has, est repris par l'hydro-éjecteur inférieur et refoulé par le fluide moteur de transfert par la conduite axiale jusque dans la capacité suivante, la capacité qui suit la dernière pouvant bien entendu être la première de la batterie. Bien entendu, l'application la plus évidente d'un tel appareillage est celle du traitement d'un liquide par une résine échangeuse d'ions, tous les phénomènes intervenant dans les capacités successives étant les mises en contact entre un liquide et un solide particulaire. Toutefois on peut concevoir également que le traitement subi par le solide à la sortie Il de la première capacité puisse être un traitement faisant intervenir non plus un solide et un liquide mais un solide et un gaz, tel qu'une réaction du solide avec un gaz réactif tel que l'hydrogène, l'oxygène ou tout autre réactif gazeux ou encore un traitement thermique dans un four ou une étuve, le cheminement du solide dans le réacteur étant bien entendu le même que dans les capacités de mise en contact avec un liquide. A titre d'autres exemples, on peut citer l'utilisation de cet appareillage à la mise en contact entre un charbon actif et de l'eau domestique ou industrielle en vue de l'affinage de cette eau, dans la zone 1, tandis que dans la zone 2, ce charbon actif récupéré par 11 subit une régénération chimique, au moyen d'un réactif approprié circulant entre 7' et 8'. D'autres applications pourront également être envisagées au même appareillage, par exemple la filtration à travers une matière granuleuse, une percolation à travers une matière absorbante ou un traitement à travers une matière agissant par voie chimique etc... Dans tous les cas, l'invention permet le transfert continu de la matière solide et particulaire depuis la zone où elle est chargée ou épuisée jusqu' une zone où elle est soit régénérée soit recompl8tée en vue de permettre à la première zone de fonctionner d'une matière ininterrompue avec un rendement maximum et constant. REVENDICATIONS 1 - Appareillage pour la mise en contact en continu d'un liquide circulant à contre-courant avec une matière particulaire, caractérisé en ce qu'il se compose d'une capacité verticale dans une zone annulaire extérieure de laquelle circule verticalement de haut en bas la matière particulaire et dans l'axe de laquelle est disposé une conduite verticale équipée de moyens par lesquels ladite ma trière particulaire est entraînée de bas en haut, des moyens étant prévus pour introduire le liquide dans la partie inférieure de ladite zone annulaire mais hors de la zone d'action des moyens de reprise et d'entraînement de la matière particulaire, et pour évacuer et recueillir le liquide dans la partie supérieure de la zone annulaire, la matière particulaire étant recueillie à la partie supérieure de la conduite verticale axiale en vue d'un traitement ap-- proprié avant sa réintroduction dans la partie supérieure de la zone annulaire. 2 - Appareillage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que deux capacités sont prévues le liquide circulant dans la première capacité étant destiné à être traité par la matière particulaire et le liquide circulant dans la seconde capacité étant destiné à ramener la matière particulaire recueillie à la partie supérieure de la conduite axiale de la première capacité à l'état approprié à sa réintroduction dans la zone annulaire de la première capacité. 3 - Appareillage selon I et 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une troisième capacité, la matière particulaire recueillie à la partie supérieure de la conduite axiale de la seconde capacité, après un premier traitement dans cette capacité, étant introduit dans la zone annulaire de la troisième capacité, en vue d'y subir un second traitement et ainsi de suite jusqu'à sa ré-introduction dans la première capacité. 4 - Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans la première capacité, un liquide subit un traitement par le solide particulaire, puis le solide particulaire usé provenant de la première capacité subit une régénération par un liquide approprié dans la se-conde capacité, puis le solide régénéré subit un rinçage dans la troisi8ne capacité. 5 - Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le traitement subi par le solide à la sertie de la première capacité est un traitement en phase solide, tel une réaction dans une chambre de réaction ou un traitement thermique dans un four-ou une étuve. 6 - Application de l'appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le solide est une résine échangeuse d'ions, le liquide de la premiere capacité étant soumis à une déminéralisation et le liquide de la seconde capacité étant un régénérant de la résine. 7 - Application de l'appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le solide est du charbon actif utilisé dans une étape d'affinage au cours du traitement d' épuration des eaux domestiques ou industrielles et la seconde capacité sert à sa régénération chimique.