Brevet FR2371222A1 — publié le 19780616

la présente invention concerne un procédé pour la mise en oeuvre de processus de melange, de processus d'échange thermique et/ou de matière ou de processus analogues entre au moins un liquide et une autre matière, avec ou sans réaction chimique entre les matières ou substances prenant part à ces processus. A laide dTun tel procédé on peut mélanger ensemble des matières ou des substances dans une combinaison de phases pratiquement quelconques, comme par exemple deux ou plusieurs liquides ensemble, des liquides avec des gaz, le liquide étant présent sous forme de phase continue et les gaz sous forme de phase discontinue des liquides et des solides sous forme de particules ou des liquides avec des gaz et des particules solides. Ces processus peuvent avoir lieu de manière discontinue ou également de manière continue de sorte quton fait circuler chacune des phases de matiere ou uniquement une phase choisie, sous forme de courant continu. On connaît par exemple par la demande de brevet allemand DT-AS no 24 24 411 un dispositif fonctionnant suivant le procédé décrit ci-dessus, lequel n1 est cependant pratiquement utilisable que pour un fonctionnement intermittent lors d'une durée de mélange prolongée en raison du mélange insuffisant des phases des substances individuelles intervenant dans le mélange. L'invention a pour but de réaliser un procédé dans lequel les surfaces de séparation des phases entre les différentes matières ou substances dans de tels processus de contact sont augmentées de façon à obtenir un débit élevé de matière par unité de temps. On obtient ce résultat conformément à 1 t invention en décomposant périodiquement le liquide dans chaque cas avec inversion du sens du courant, en une pluralité de jets ou de filets individuels et en le rassemblant à nouveau , la section transversale d'écoulement de chaque jet ou filet individuel étant au moins une fois agrandie et à nouveau réduite.Dans la présente description on utilisera indifféremment les termes "filets", "jets". Du fait de l'inversion périodique du sens des jets ou des filets individuels on réussit, dtune part, à produire les tensions de cisaillement élevées requises pour l'obtention de grandes surfaces de séparation de phase et, d'autre part, à mélanger intimement ensemble les substances prenant part à la réaction en maintenant les grandes surfaces de séparation des phases, en raison des mouvements transversaux relativement faibles en soi des substances précitées à l'intérieur de chacun des filets ou jets individuels.De cette manière il est possible, dans le cas de procédés continus, d'augmenter notablement le rendement au point de vue débit ou dans le cas de procédés discontinus, de réduire notablement la durée de traitement par charge. Suivant une autre réalisation du procédé selon l'invention on prévoit de décomposer le liquide au moins deux fois par période en jets individuels et de le rassembler à nouveau. On soumet ainsi le liquide à un mouvement dirigé transversalement par rapport à la direction du courant des jets ou filets individuels, -mouvement qui conduit à un équilibrage des différences éventuelles de concentration sur toute la section transversale. Suivant une autre réalisation du procédé selon l'invention, on prévoit de régler la fréquence et/ou la durée entre chaque inversion de sens de manière que les substances soient soumises exclusivement à des mouvements accélérés et décélérés. On peut ainsi obtenir des tensions de cisaillement très élevées pour l'obtention et pour le renouvellement périodique de grandes surfaces de séparation de phases, l'énergie à fournir étant relativement faible. L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé lequel comporte un récipient de mélange de préférence cylindrique dans lequel est montée une tige pouvant subir un déplacement de va-et-vient selon la direction de l'axe du récipient, tige qui est reliée à un mécanisme de commande et sur laquelle est fixé au moins un élément de mélange en forme de disque qui comporte plusieurs passages pour le liquide disposés de maniere espacée l'un par rapport à l'autre. Conformément à l'invention, le dispositif est réalisé de manière que les passages pour le liquide sont réalisés sous forme de canaux et que la section transversale libre de chaque canal est agrandie au moins une foi-s entre les deux extrémités du canal. Du fait de la réalisation des passages sous forme de canaux, on réussit à maintenir les jets ou les filets individuels avec une grande surface de séparation de phase sur une durée relativement longue, le contact des substances individuelles pour une grande surface de séparation de phase étant encore amélioré du fait de la disposition d'au-moins un agrandissement de la section transversale libre pour le courant dans chaque canal.Suivant la viscosité ou la consistance du mélange de substances à traiter on ne prévoit qu'un élargis sement ou agrandissement par canal ou suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'invention on prévoit que la section transversale libre pour l'écoulement de chaque canal est plusieurs fois augmentée et à nouveau diminuée entre les deux extrémités de canal. Selon une autre réalisation de l'invention, on prévoit en outre que dans le cas d'un seul agrandissement de la section trans versale par canal, cet agrandissement de la section transversale est disposé dans chaque cas dans la zone de l'extrémité du canal et que dans l'élément de mélange les canaux sont disposés de maniè our re que eux canaux voisins, les augmentations ou élargissements de la section transversale se trouvent à des extrémités opposées des canaux. On obtient ainsi que malgré la disposition non symétrique du canal lorsqu'on regarde dans le sens du courant, des déplace ments des substances à l'intérieur des canaux sont identiques lorsquton les considère dans leur ensemble dans le cas de l'inver sion de sens périodique. Selon une autre réalisation avantageuse de l'invention, l'élément de mélange est forme par au moins deux disques superposes et chaque disque comporte une pluralité d'alésages coniques qui peuvent être associés aux alésages également coniques de l'autre disque. Au moyen d'une telle construction on peut produire des éléments de mélange avec un nombre quelconque d'élargissements et/ ou d'angles différents de cône des alésages coniques individuels avec une allure de canal comportant des élargissements ou des ré trécissements différents.En outre, il est possible dans le cas d'une réalisation à plusieurs degrés du dispositif, d'adapter en core subsequemment les élénients de mélange individuels. aux exigen ces de fonctionnement par addition d'un ou plusieurs disques, ce qui peut en particulier être nécessaire dans le cas de processus comportant une réaction chimique entre les substances individuelles lorsque de ce fait, la viscosité ou la consistance de la substance se modifie au cours du processus de mélange dans le cas d'un dis positif opérant en continu. Selon une autreréalisation de l'invention onprévoit, en outre, que plusieurs éléments de mélange sont montés de manière connue en soi, l'un derrière l'autre et avec un espacement réci proque sur la tige et que l'écartement entre les éléments de mélan ge correspond environ à leur longueur de canal. On assure ainsi 1qu'un déplacement transversal suffisant ait lieu entre les élément4 de mélange individuels et qu'on obtient ainsi une uniformisation i ou une homogénéisation sur la section transversale totale du recipient de mélange.Il est en outre avantageux dans ce cas que pour la disposition de plusieurs éléments de mélange l'un derrière l'au tre, ceux-ci Soigt disposés de manière que les canaux d'éléments de mélange voisins ne soient pas alignés ensemble. On évite ainsi des formations d'écheveaux à l'intérieur du récipient de mélange. Les axes des canaux sont avantageusement disposés parallè lement à la direction de déplacement de la tige. Suivant le type des substances à traiter ou des processus ayant lieu entre les substances individuelles, il peut être avantageux de disposer les axes des canaux avec une inclinaison par rapport à la direction de déplacement de la tige. L'inclinaison peut être dans ce cas telle que lors de la disposition de plusieurs élements de mélange l'un derrière l'autre, les axes des canaux d'un élément de mélange à l'autre sont chaque fois dirigés radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur afin d'augmenter encore le déplacement transversal dans l'espace entre deux éléments de mélange.Il est également pos sible d'incliner les canaux de façon qu'ils soient disposés tan gentiellement à la tige, si l'on se réfère à leur projection. Selon une autre réalisation de l'invention, dans le cas de la disposition de plusieurs éléments de méLange l'un derrière l'autre, le nombre des élargissements par canal augmente d'un elément de mélange au suivant en se référant au sens d'écoulement de l'une des substances à traiter. Il est ainsi possible, en particulier dans le cas d'un fonctionnement en continu et pour des processus dans lesquels ont lieu des réactions chimiques entre les substances individuelles, d'adapter les éléments de mélange aux exigences qui se modifient pour le processus de mélange, en raison de la réaction chimique. Selon l'invention, il est en outre avantageux que la dis tance entre deux éléments de- mélange puisse être modifiée. En outre, il est avantageux que les éléments de mélange soient dimensionnés totalement ou partiellement de manière qu'il recouvrent presque chaque fois la section transversale du récipient de mélange. Il est ainsi possible en particulier pour le fonctionnement en continu d'empêcher un écoulement sur les bords du dispositif et de décom poser le volume total débité d'un étage au suivant en filets individuels et de rassembler à nouveau ceux-ci. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, os va onva en~décrire ci-après à titre d'exemple purement illustratif -et- limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 est une coupe verticale suivant I-I de la figure 2, représentant une partie d'un dispositif - la figure 2 est une coupe transversale suivant II-II de la figure 1 ; et - les figures 3, 4 et 5 representent, en coupe, diffé rentes formes de canaux. Le dispositif représenté en coupe sur la figure 1 comporte un récipient cylindrique 1, de préférence allongé qui peut être réalisé sous forme tubulaire pour le fonctionnement en continu ou qui peut être réalisé pour le fonctionnement en discontinu sous forme de récipient fermé avec un fond et un couvercle. A l'inte- rieur du récipient I est disposé une tige 2 qui est reliée à l'une des extrémités avec un mécanisme de commande non représenté en détail pour la production d'un mouvement de va-et-vient correspon dant à la flèche 3. Sur la tige sont fixés un ou plusieurs éléments de mélange 4 espacés l'un par rapport à l'autre, ces éléments de mélange étant assemblés à la tige 2 de manière à pouvoir régler leur espacement l'un par rapport à l'autre suivant le cas d'utili sation.Les éléments de mélange sont de préférence dimensionnés de façon qu'ils recouvrent presque chaque fois la section transver sale du récipient de mélange. Comme le montrent les figures 1 et 2, chaque élément de mélange est réalisé sous forme de disque et comporte une pluralité de canaux 5 pour le passage des substances à traiter. Les canaux sont dans ce cas réalisés de manière que leur section transversale ouverte pour le passage du courant s'élargit et se rétrécit à nou veau, plusieurs fois, si l'on regarde dans le sens de l'axe du canal. Afin de pouvoir produire de façon simple de tels canaux, chaque élément de mélange est formé de plusieurs plaques 6 qui présentent chacune des alésages coniques de sorte que par un assem blage approprié de ces plaques de formes identiques en elles-mêmes, on obtient une disposition correspondante des parois de canal. Dans les figures 3,4 et 5 on représente des canaux avec une disposition différente des parois de canal. Pour le mode de réali sation conforme à la figure 3, le canal 5 représenté d'un élément de- mélange 4 comporte des élargissements ou des agrandissements, - tandis que dans l'exemple de réalisation selon la figure 4, on ne prévoit qu'un élargissement pour le canal représenté, l'angle d'ou verture de l'alésage conique dans le disque correspondant 6' étant relativement petit. Le canal est dans ce cas réalisé de façon que l'élargissement se trouve au milieu entre les deux extrémités de canal. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 5, la forme des canaux 7 ou 8 qui y sont représentés est telle que l'élargissement de la section transversale de chaque canal se trouve dans chaque cas dans la zone d'une extrémité de canal et que pour deux canaux voisins, les élargissements de section transversale se trouvent à des extrémités opposées des canaux. Avant de décrire en détail le procédé ou le mode de fonctionnement du dispositif, il y a lieu de remarquer que l'on entend par liquide dans le sens de la présente invention, un liquide pur, un mélange de liquides ou également un liquide mélangé avec des particules solides. Comme "substances" qui doivent entrer en contact avec le "liquide", entrent à nouveau en ligne de compte un liquide, des gaz ou des particules solides. L'expression "substances prenant part à la réaction" doit être comprise dans le sens le plus large en ce qui concerne la description ci-dessous, indépendamment du fait de savoir si une réaction dans le sens chimique a lieu dans le procédé correspondant entre les "substances individuelles prenant part à la réaction ou s'il n'y a qu'un échange thermique ou de matière ou qu'un processus de mélange. Etant donné que le dispositif représenté peut être utilisé pour le fonctionnement en continu en faisant circuler les substances prenant part à la reaction dans le même sens et/ou à contrecourant l'une par rapport à l'autre, ou bien comme récipient fermé opérant de manière discontinue, on ne décrira ici que l'allure du déplacement pendant un mouvement alternatif de la tige 2. Les substances à traiter, prenant part à la réaction, remplissent tout l'espace interne du récipient 1. Lorsque la tige 2 se déplace vers le haut, les substances prenant part à la réaction, se trouvant dans l'espace 9 entre les éléments de mélange 4, sont pressees à travers les canaux 5 des éléments de mélange 4. A la sortie de l'extrémité de canal des filets individuels qui sont ainsi formés obligatoirement, se rassemblent à nouveau, un déplacement des substances prenant part à la réaction ayant lieu dans chaque cas transversalement à la disposition des axes de canal et une uniformisation ou homogénéisation se produisant ainsi sur toute la section transversale du récipient 1. Lors de l'inverSion subséquente de la course de la tige 2, c'est-à-dire de son déplacement vers le bas, ce processus a lieu en sens inverse.La fréquence de la course eut la longueur de celle-ci doivent dans ce cas être accordées à des conditions déterminées par la totalité des substances prenant part à la réaction, de façon qu'il ne puisse pas se produire de courant stationnaire, mais qu'on soit toujours en présence d'un courant accéléré ou décéléré. Tandis que dans le cas d'un dispositif fonctionnant de ma nière discontinue, les quantités de substance se trouvant dans les différents espaces intermédiaires sont échangees chaque fois après le passage à travers les canaux, à l'intérieur des espaces intermédiaires, un certain mouvement d'rechange s'étendant sur plusieurs espaces intermédiaires 9 pouvant avoir lieu à travers une fente correspondante 10 entre le bord extérieur des éléments de mélange et la paroi interne du récipierti, cette fente 10 doit être aussi petite que possible pour un dispositif opérant en continu afin d'éviter une circulation sur les bords. Dans le cas d'un traitement de liquide et de liquides avec des gaz, on doit choisir une distance très faible pour cet espacement, tandis que dans le cas de la présence de particules solides, l'espacement 10 doit être maintenu à une valeur un peu superieure, compte tenu d'une possibilité de coincement ou d'usure exagérée. Contrairement au dispositif opérant de manière discontinue où une particule de substance peut circuler éventuellement plusieurs fois entre deux espaces voisins d'un élé- ment de mélange, chaque particule de substance parvient pratiquement à chaque course dans un autre espace intermédiaire 9 dans le cas d'un dispositif fonctionnant en continu. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mise en oeuvre de processus de mélange de processus d'échange thermique et/ou de matieres ou de processus analogues entre au moins un liquide et une autre matière ou substance avec ou sans réaction chimique entre les substances ou ma - le faut e tières prenant part a ces processus, caracterise par/le liquide est décomposé périodiquement dans chaque cas, avec inversion du sens du courant, en une pluralité de jets ou de filets individuels et est à nouveau rassemblé /et que la section transversale d'écoulement de chaque jet ou filet individuel est au moins une fois agrandie et à nouveau réduite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liquide est successivement décomposé en jets ou filets individuels au moins deux fois par période et est à nouveau ras semblé. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- i térisé par le fait que la fréquence et/ou la durée entre chaque inversion de sens est réglée de manière que les substances ou les matières subissent exclusivement des mouvements accélérés et décé lérés. 4. Dispositif pour la mise.en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comportant un récipient de mélange, de préférence cylindrique dans lequel est disposée une tige reliée à un mécanisme de commande, pouvant être déplacée alternativement suivant la direction de l'axe du récipient, au moins un élément de mélange en forme de disque étant fixé sur cette tige, cet élément comportant plusieurs passages espacés les uns par rapport aux au tres, caractérisé par le fait que les passages sont réalisés sous forme de canaux et que la section transversale libre de chaque ca final est agrandie ou élargie au moins une fois entre les deux extrémités du canal. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la section transversale libre de chaque canal est réalisée avec plusieurs agrandissements et réductions entre les deux extré mités de canal. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que dans le cas d'un seul agrandissement de la section trans versale par canal, cet agrandissement est chaque fois disposé dans la zone de l'extrémité du canal et que dans l'élément de mélange, -les canaux sont disposés de façon que pour deux canaux voisins les agrandissements de la section transversale se trouvent aux extrémi tés opposées des canaux. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'élément de mélange est formé par au moins deux disques superposés et que chaque disque comporte une pluralité d'alésages coniques qui peuvent être associés aux alésages également coniques de l'autre disque. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que plusieurs éléments de mélange sont montés l'un derrière l'autre et avec un espacement réciproque, de manière connue en soi, sur la tige et que l'espacement libre entre les éléments de mélange correspond environ à la longueur de canal. 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait que dans le cas de la disposition de plusieurs éléments de mélange l'un derrière l'autre, ceux-ci sont disposés de manière que les canaux d'éléments de mélange voisins ne soient pas alignés ensemble. 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que la course de l'élément de mélange correspond environ à sa longueur de canal. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé par le fait que les axes des canaux sont inclinés par rapport à la direction de déplacement de la tige. 12. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé par le fait que dans le cas où plusieurs éléments de mélange sont disposés l'un derrière l'autre, le nombre des agrandissements par canal augmente d'un élément de mélange au suivant si l'on se réfère au sens de passage de l'une des substances ou matieres a traiter. 13. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé par le fait que la distance entre deux éléments de mélange est réglable. 14. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 13 caractérisé par le fait que l'élément de mélange est dimensionné de manière qutil recouvre presque la section transversale libre du récipient de mélange.