Brevet FR2371951A1 — publié le 19780623

L'invention concerne une colonne d'extraction pour l'échange d'une substance entre deux liquides pratiquement insolubles l'un dans l'autre, comportant un arbre de rotor portant des disques agitateurs et des chambres d'extraction séparées l'une de l'autre par des plateaux intermédiaires allant jusqu'a l'arbre de rotor. Dans une colonne d'extraction connue de ce type utilisée actuellement, chaque chambre d'extraction contient un disque agitateur disposé sensiblement au milieu entre les deux plateaux intermédiaires qui délimitent la chambre. Les plateaux intermédiaires ne laissent qu'une étroite fente autour de l'arbre du rotor qui les traverse. Les chambres d'extraction voisines sont reliées entre elles par des chambres de décantation disposées de façon asymétrique, lesquelles, de leur catie, sont séparées des chambres d'extraction par une cloison de séparation ou chicane parallèle a l'arbre du rotor. Par rapport aux colonnes d'extraction appelées colonnes RDC (Rotating Disc Column, ou colonne disques rotatifs) dans lesquelles les plateaux intermediaires sont réalisés sous forme d'anneaux circulaires ayant un diamètre intérieur plus grand que le diamètre des disques agitateurs, les colonnes d'extraction du type cité en premier, qui sont également appelées colonnes ARD (Asymmetric Rotating Disc, ou disques rotatifs asymétriques) présentent l'avantage d'un moindre mélange par reflux. Du fait que les plateaux intermédiaires s'étendent pratiquement jusqu'a l'arbre d'agitateur, les zones ou chambres d'agitation voisines sont beaucoup mieux séparées l'une de l'autre. A cet avantage s'oppose toutefois la dépense nécessaire a la construction du rotor ainsi que les frais considérablement accrus de montage et de démontage. Les colonnes d'extraction ARD connues présentent également l'inconvénient que dans certains cas, l'effet de séparation est insuffisant. Dans le cas de liquides de densités très différentes ou de tension interfaciale élevée, il s'établit sur toute la hauteur des différentes chambres d'extraction un mélange de phases d'intensité variable et, dans ce cas, il ne se produit de partage ou de mélange suffisant qu'au voi#sinage immédiat de l'agitateur concerne. Le but de la présente invention est de procurer une colonne d'extraction avec laquelle on obtient un mélange de phases intensif sur toute la hauteur des chambres d'extraction en évitant les courts-circuits ou les reflux entre chambres voisines. Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que chaque plateau intermédiaire comporte une partie intérieure réalisée sous forme de disque circulaire, qui est solidaire de l'arbre de rotor et constitue un disque agitateur. En conséquence, un disque agitateur agit par en haut et par en bas sur le liquide se trouvant dans une chambre d'extraction et ces disques provoquent par accélération un mélangeage intensif des phases. Du fait que les parties fixes des plateaux intermédiaires ne s'étendant pas au voisinage de l'arbre de rotor, il n'y a pas dans cette zone du rotor de surfaces de frottement s'opposant de façon désavantageuse a l'accélération du liquide.Le fait que les couches de liquides voisines des plateaux intermédiaires fixes sont accélérées par le contact direct avec les disques agitateurs a une incidence favorable sur le mélangeage uniforme et intensif des phases sur toute la hauteur des chambres d'extraction. Il résulte de la réalisation conforme à l'invention, outre une meilleure répartition et un meilleur mélange de phases, des avantages de construction considérables. Etant donné que les disques agitateurs ont un diamètre qui est inférieur au diamètre intérieur des anneaux de plateaux intermédiaires fixes d'une valeur correspondant au jeu, le rotor peut être retiré de la colonne par déplacement axial sans qu'il soit besoin de démonter des parties fixes des plateaux intermédiaires. Une forme avantageuse de l'invention consiste en ce que le nombre des ouvertures circulaires dans chaque plateau intermédiaire est compris entre un et quatre. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, les disques agitateurs sont munis, selon l'effet d'agitation recherché, d'ouvertures et/ou de baguettes de liaison. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, d'autres éléments d'agitation sont fixés sur l'arbre de rotor entre les disques agitateurs constituant des parties des plateaux intermédiaires. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, de formes de réalisation représentées schématiquement sur le dessin, sur lequel la figure 1 montre en coupe axiale et en représentation schématique une forme de réalisation des éléments principaux d'une colonne d'extraction; la figure 2 est une coupe selon la ligne Il-Il de la fig. 1; la figure 3 est une coupe transversale à travers la colonne avec des éléments agitateurs selon une autre forme de réalisation; et les figures 4 et 5 montrent deux autres formes de réalisation #des éléments montés dans la colonne, notamment du rotor constitué par l'arbre et les éléments agitateurs. La colonne d'extraction selon les figures 1 et 2 comporte une enveloppe cylindrique 1 représentée partiellement, dans laquelle est disposé un stator. Le stator comporte une cloison de séparation 2 verticale incurvée et des groupes de chicanes horizontales 3 et 4, disposées respectivement sur l'un et l'autre cotés de la cloison de séparation 2, à une certaine distance l'une de l'autre et de manière alternée. La cloison de séparation verticale 2 divise la colonne en deux parties asymétriques situées, en coupe transversale, l'une a côte de l'autre, à savoir le volume d'extraction 7 et le volume de décantation 8, ce dernier étant divisé par les chicanes horizontales 4 en chambres de décantation 10. Le volume d'extraction 7 esfr divisé en chambres d'extraction 9 superposées par les chicanes 3 réalisées sous forme de parties de plateaux intermédiaires annulaires fixes et par des disques agitateurs circulaires 6 disposés dans des ouvertures 11 présentées par les chicanes. Les disques agitateurs 6 respectivement disposés a la même hauteur que les plateaux intermédiaires 3 sont solidaires d'un arbre de rotor 5. Les disques agitateurs 6 sont introduits, avec le jeu mécanique approprie, dans les ouvertures 11 prévues dans les chicanes de séparation 3, et ils remplissent les ouvertures dans le plan des parties de plateaux intermédiaires 3 a l'exception d'une fente. Dans ce cas, la largeur de la fente 13 entre l'arête 12 d'un disque agitateur 6 et la périphérie d'une ouverture 11 correspond a 0,5 à 5% du diamètre des disques agitateurs. L'exemple de réalisation des figures 1 et 2 concerne une colonne d'extraction ayant une seule ouverture 11 dans chaque plateau intermédiaire horizontal 3 et un seul rotor. Dans les colonnes d'extraction de grand diamètre, on peut avantageusement utiliser jusqu'à quatre de ces ouvertures 11 et un nombre correspondant de rotors, et dans ce cas, le diamètre des- ouvertures 11 correspond à 20 à 60% du diamètre de la colonne. Une telle disposition a pour résultat un mélange homogène du liquide avec le produit d'extraction sur toute la section transversale d'une grande chambre d'extraction 7. La figure 3 montre une autre forme de réalisation du disque agitateur qui convient notamment pour des liquides ayant des densités très différentes et/ou une grande tension interfaciale. Les éléments agitateurs réalisés sous forme de disques agitateurs circulaires sont munis d'ouvertures 14 dont la surface totale, selon les caractéristiques du mélange de liquides, correspond à 10 à 50% de la surface de l'élément agitateur. Les arêtes des ouvertures 14 sont le siège d'un effet de cisaillement se produisant lors de la rotation de l'agitateur 6 qui contribue à une distribution efficace des gouttes du liquide dispers. Les figures 4 et 5 représentent deux autres formes de réalisation du rotor constitué par l'arbre et les éléments agitateurs, qui augmentent l'effet d'agitation. Selon la figure 4, les agitateurs 6 fixés sur l'arbre 5 sont munis sur leur périphérie de baguettes de liaison verticales 15 qui relient ensemble des agitateurs voisins 6. Le nombre des baguettes 15 peut être compris entre un et huit. Selon la figure 5, autres éléments agitateurs 16 distants axialement l'un de l'autre sont placés sur l'arbre de rotor 5, entre les disques agitateurs 6 se trouvant dans les ouvertures 11 et leur nombre peut être de un à trois selon la hauteur des chambres d'extraction. Le fonctionnement de la colonne d'extraction s'opère de la façon suivante La solution contenant la substance à extraire est introduite dans la colonne d'extraction, soit a l'extrémité supérieure, soit à l'extrémité inférieure de la chambre d'extraction 7, selon sa densité. Une substance d'extraction pratiquement insoluble dans cette solution et ayant une densité différente de celle de la solution est introduite à l'extrémité opposée de la chambre d'extraction 7. Les deux liquides, l'un dispersé en gouttelettes, l'autre continu, se déplacent alors, en raison de leur différence de densité et de l'action des agitateurs 6, en sens inverse selon une trajectoire spirale alternativement d'une chambre d'extraction 9 dans la chambre de décantation voisine 10 et ensuite dans la chambre d'extraction suivante.Par l'action des éléments agitateurs 6 tournant dans les ouvertures des chicanes, les deux phases liquides sont mélangées intensivement, notamment dans chaque chambre d'extraction 9, particulièrement dans les couches de liquides adjacentes aux plateaux intermédiaires supérieur et inférieur 3, et aux surfaces d'agitateurs correspondants, ce qui accélère le passage dans la substance d'extraction de la substance à extraire de la solution. Dans ce cas, les agitateurs disposés dans les ouvertures 11 agissent également comme cloisons de séparation entre deux chambres d'extraction superposées 9, de sorte que les deux phases s'écoulent dans les chambres de décantation adjacentes 10 et non pas dans les chambres d'extraction voisines. Etant donné que les chambres de décantation 10 sont largement protégées de l'action des éléments agitateurs 6 par la cloison de séparation 2, il se produit, du fait de la différence de densité, une dégradation des phases qui se déplacent alors, selon leur densité, dans la chambre d'extraction suivante placée plus haut ou plus bas. Les deux phases parviennent, de la façon décrite et en subissant un constant échange de substances, aux extrémités opposées du volume d'extraction 7, la substance a extraire de la solution étant alors passée dans la substance d'extraction. Les deux phases sont alors évacuées, après décantation de la colonne d'extraction. REVENDICATIONS 1.- Colonne d'extraction pour l'échange d'une substance entre deux liquides pratiquement insolubles l'un dans l'autre, comportant un arbre de rotor portant les disques agitateurs, et des chambres d'extraction séparées l'une de l'autre par des plateaux intermédiaires allant jusqu'a l'arbre de rotor, caractérisée en ce que chaque plateau intermédiaire (3) comporte une partie intérieure (6) réalisée sous forme de disque circulaire, qui est solidaire de l'arbre de rotor (5) et constitue un disque agitateur. 2.- Colonne d'extraction selon la revendication I, caractérisée en ce que chaque plateau intermédiaire comporte plusieurs ouvertures circulaires et que le diamètre de celles-ci correspond à 20 à 60% du diamètre de la colonne. 3.- Colonne d'extraction selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le disque agitateur forme avec l'ouverture correspondante une fente dont la largeur est 0,5 à 5% du diamètre du disque. 4.- Colonne d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisee en ce que les disques agitateurs (6) sont eux-mêmes munis d'ouvertures (14) dont la surface totale correspond a 10 à 50% de la surface des disques. 5.- Colonne d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les disques agitateurs sont reliés sur leur périphérie par au moins une baguette de liaison (15). 6.- Colonne d'extraction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un à trois autres éléments agitateurs sont fixés sur l'arbre de rotor (5) entre des disques agitateurs (6) agissant comme éléments de séparation.