Brevet FR2387074A1 — publié le 19781110

L'invention due à Water HUMMEL concerne un procedé pour diluer un liquide à l'aide d'une pompe à jet qui est entraînée au moyen d'un liquide de propulsion servant de liquide de dilution. Dans des procédés connus de ce type, la température du liquide à diluer est suffisamment basse pour qu'il puisse être aspiré sans risque d'ébullition du liquide de propulsion. Oans de nombreux cas, on souhaite cependant diluer un liquide qui, si on avait recours au procédé connu, entrerait en ébullition ou deviendrait volatil dans le tuyau d'admission ou dans la chambre d'aspiration de la pompe à jet. Or il faut à tout prix éviter une ébullition dans le tuyau d'admission car l'écoulement serait alors rompu et il ne se produirait pas d'entraînement continuXou meme plus aucun entrainement du tout. En outre les tuyauteries ou la pompe à; jet pourraient être endommagées par des effets de condensation. L'invention a pour but de fournir un procédé du genre. défi- ni ci-dessus, qui permette de diluer un liquide à une température à laquelle, dans les conditions existantes. le liquide entrerait normalement en ébullition ou deviendr-ait volatil à un degré indésirable. Ce problème est résolu, conformment à l'invention, par le fait qu'on introduit le liquide à diluer sous pression dans la pompe à jet. A la différence du procédé connu, le liquide à diluer n'est pas aspiré par le liquide de propulsion. Avec le procédé de l'invention, le liquide diluer n1 est pas traité à pression ambiante inférieure à sa pression de vaporisation, qui produirait une ébullition ou un passage à l'état volatil du liquide à diluer. Notamment le procédé convient pour diluer un liquide se trouvant en dessous de sa pression de vaporisation. Dans ce cas, le liquide à diluer est introduit avantaguesement dans la pompe à jet sans perte de charge sous une pression qui est au moins égale (de préférence égale ou légèrement supérieure - d'une valeur à peu près de l'ordre de la pression statique du liquide à liquéfier -] à sa pression de vaporisation à la température d'admission. On empêche ainsi une ébullition du liquide dans le tuyau d'alimentation de la pompe à jet ou bien dans la chambre d'aspiration de cette pompe. I1 est évident que la pression du liquide de propulsion dans la pompe à jet est supérieure à la pression du liquide à diluer.Par mélange des deux liquides dans la pompe à jet, on augmente la pression à laquelle est soumise le liquide à diluer de sorte qu'on évite dans chaque cas les effets indésirables d'une ébullition ou d'un passage à l'état volatil. La proportion de mélange entre le liquide à diluer et le liquide de propulsion servant de liquide de dilution est prédéterminée et elle doit aut-ant que possible être maintenue constante. Cela signifie que la proportion de mélange doit être aussi peu que possible fonction du rapport existant entre, d'une part, la différence entre la pression du mélange de liquide et la pres-sion du liquide à diluer et, d'autre part, la différence entre la pression du liquide de propulsion et la pression du liquide à diluer. En règle générale, on opère de façon à obtenir une proportion de mélange prédéterminée pour la plus faible pression possible du liquide de propulsion.Lorsqu'on opère dans ce sens "optimal", la proportion de mélange dépend fortement de la pression du liquide de propulsion, Pour diminuer cette dépendance, il est proposé selon l'invention de régler, pour une proportion prédéterminée du mélange de liquides, le rapport précité à unevaleur plus faible que celle qui correspond à la pression minimale du liquide de propulsion qui est nécessaire pour établir cette proportion de mélange. Ce mode opératoire peut également être appliqué à des procédés dans lesquels le liquide à diluer est aspiré par le liquide de propulsion. On obtient une régulation particulièrement simple et exempte de réaction lorsqu'on maintient constante, d'une part, la différence entre la pression du liquide de propulsion et la pression du liquide à diluer et, d'autre part, la différence entre la pression du mélange de liquides et la pression du liquide à diluer. Pour que, avec une telle régulation, le liquide dilué ne s'évapore pas du mélange, il est prévu avantageusement un tuyau qui sert à décharger le mélange de liquides de la pompe à jet et qui coopère, en amont d'un organe de régulation, avec un échangeur de chaleur réduisant la température du mélange liquide de façon que celui-ci n' entre pas en ébullition en aval de l'organe de régulation sous l'effet de la pression réduite existant dans cette zone. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, et dans laquelle on se réfère aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale une pompe à jet - la figure 2 est un diagramme- donnant la relation entre la proportion de mélange et le rapport entre les différences de pressions indiquées ci-dessus pour différentes pompes à jet , et - la figure 3 représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Sur la figure 1, la pompe à jet 10 comporte une buse d'entrée de liquide de propulsion 12 qui a un diamètre d1. Le liquide de propulsion est amené à cette buse 12 sous la pression Pt et avec un débit m par unité de temps. Sur le côté de la buse 12, t il est prévu une entrée 14 pour-le liquide à diluer qui est in troduit sous la pression p v et avec un débit m par unité de v temps.Dans un col 16 de diamètre d, les deux liquides sont mélangés (ce mélange se produit également évidemment déjà en amont du col et aussi en aval de ce dernier) et le mélange de liquides sort par un orifice 18 à élargissement conique sous la pression et et avec un débit m par unité de temps Les grandeurs #p = Pm- Pv et #p1 = Pt - pv ainsi que la grandeur d/d1 déterminent la proportion de mélange et ont par conséquent une influence déterminante sur la régulation de cette proportion de mélange à une valeur constante. La grandeur d/d1 doit être considérée dans ce cas comme une constante d'appareillage. Sur la figure 2, cette grandeur intervient comme paramètre dans différentes courbes caractéristiques.A la figure 2 on a porté sur l'axe des abscisses la proportion de mélange mt/mV. Il est souhaitable d'adopter pour cette proportion la valeur 3 qui doit correspondre à un mélange de 75% d'eau (H2 0) avec 25% d'ammoniac liquide (NH3) . On a porté en ordonnées le rapport de pressions différentielles #p/#P1. Toutes les courbes qui correspondent à différentes valeurs de paramètres d/d1 rejoignent une courbe limite 20. Cette courbe limite 20 définit de-façon caractéristique la pression minimale du liquide de propulsion qui est nécessaire pour obtenir une proportion prédéterminée de mélange pour un paramètre prédéterminé de pompe à jet d/d1, Pour une proportion de mélange de valeur 3 et pour un paramètre de pompe à jet d/d1 de valeur 1,5, le rapport entre pressions différentes #/# est égal à 0,4. On voit que la courbe limite 20 a un p p1 profil de faible pente au point correspondant 22 de sorte qu'une variation relativement faible du rapport Ap/zsp produit une variation relativement grande du rapport m/m .Pour cette raison, + v our conformément à la présente invention, on opère avec un rapport #p/# P1 de valeur faible, à savoir dans l'exemple représenté une valeur de 0,25, et on choisit pour le paramètre de pompe à jet d/d1 une valeur de 1,2. Le point de travail 24 correspondant est situé dans une zone à pente raide de la courbe caractéristique correspondant à la valeur 1,2 du paramètre. On a mis en évidence à l'aide d'un triangle 26, qui est formé par une tangente au point 24 et par des côtés parallèles aux axes de coordonnées, qu'une variation relativement grande de Lp/p1 ne produit qu'une faible variation du rapport mt/mV. Il est déjà plus facile d'as v surer la régulation de la proportion de mélange à une valeur constante. En d'autres termes : lorsque la proportion de mélange atteint la valeur 3, on utilise normalement une pompe à jet présentant un rapport d/d1 = 1,5 et on opère avec un rapport de p-ressions différentielles #p/#p/#p1 = 0,4. On obtient alors une pression différentielle A p1 = 2,5 . Ap, ce qui suppose que la pression différentielle régnant dans la buse d'entrée de liquide de propulsion 12 (figure 1) doit être 2,5 fois supérieure à l'augmenta tion désirée de pression du mélange de liquides par rapport au liquide à diluer.D'après la pente -de la courbe d/d1 = 1,5, on voit que, pour une légère variation du rapport 9 p/ p1, la pompe à jet réagit par une variation, relativement grande de la proportion de mélange mtSmV. Cela a cependant une influence défavorable sur la régulation de la proportion de mélange à une valeur constante. Pour cette raison il est prévu selon l'invention que la pompe à jet ne soit pas agencée de façon optimale mais corresponde, dans l'exemple indiqué, à un rapport d/d1 = 1,2, auquel cas on obtient, pour une proportion de mélange de valeur 3, un rapportp/Ap1= 0,25, c'est-à-dire que #p1 = 4 . p. On a évidemment besoin d'avoir une pression de liquide de propulsion Pt de valeur supérieure, mais le point de travail est alors placé sur la courbe caractéristique dans une zone de plus grande pente. Des variations identiques du rapport de pression p/t P1 produisent par conséquent, comme pour la conception "optimale", de plus faibles variations de la proportion de mélange. En conséquence on peut bien mieux régler la proportion de mélange à une valeur constante. Les valeurs numér-iques indiquées sur la figure 3 correspondeqt à nouveau au cas où on effectue un mélange d'ammoniac liquide avec de l'eau darrs le rapport 1 : 3. L'ammoniac liquide est placé dans un réservoir 30 où il est soumis, en fonction de sa température, à- une pression comprise entre 4 et 12 bars. La pression de 12 bars s'établit pour une température T = 30 C. L'ammoniac doit être transféré de cette cuve max 30 jusque dans un récipient de stockage 32, dans une proportion de mélange correspondant à 25% NH3 et de 75% H2 0. Par ouverture d'une vanne 34 prévue dans un tuya-u 36 abou-tissant à la cuve 30, on soutire un débit de NH3 correspondant à 16,6 m /h. Il arrive ainsi sous une pression inférieure à sa pression de vaporisation Pv à l'entrée 36 de la pompe à jet 40. Cette entrée 38 correspond à l'entrée 14 de la figure 1.De l'eau à une température de 300C est introduite avec un débit de 50-m3/h, par l'intermédiaire d'un tuyau 42, dans une pompe 44 qui augmente la pression de l'eau s'écoulant dans un tuyau 46 aboutissant à la pompe à jet 40 jusqu'à la valeur Pt = 23 bars. L'eau est introduite dans la pompe à j-et 40 par l'intermédiaire d'une entrée de liquide de propulsion 48; qui correspond à la buse d'admission 12 de la figure 1.Ainsi est constamment supérieur à p v Le mélange de liquides sortant de la pompe à jet 40 s'écoule dans un tuyau 48 où la pression Pm est toujours supérieure diuneatmosphère à la pression Pv c'està-dire qu'elle est comprise entre pm max = 13 bars et pu min bars. Dansle cas du mélange de 25% NH3 et 75% H2 0, il se produit une chaleur de dissolution d'environ 160 kJ/kg. La température du mélange de liquides augmente en correspondance. Elle atteint la valeur T = 700-C lorsque l'ammoniac à diluer a une température max de 300C.Pour réduire cette température, le tuyau 48 coopère avec un échangeur de chaleur 50 dans lequel de l'eau de refroidissement pénètre avec un débit d'environ 133 m3/h à une tempé-rature de 240C pour sortir à une température de 4fi0 C. En aval de l'échangeur de chaleur 50, la température d-u mélange de liquides dans le tuyau 48 est par conséquent inférieure à la température maximale précitée T = 32 C. En dessous de cette tempéra.ture de max 320C, le mélange de liquides peut traverser une vanne de régulation 52 dans le tuyau de-- sortie 54 de laquelle règne une pression de 3 bars sans qu'il se produise une vaporisation de l'ammoniac, c'est-à-dire sans qu'il se forme de bulles dans le mélange de liquides.A la sortie du tuyau 54, le-mélange de liquides est trans féré directement dans le récipient 32. Un appareil de mesure de pression différentielle 56, qui est branché entre le tuyau 36 et le tuyau 48, mesure la pression d-ifférentielle ap qui doit s'élever à 1 bar pour la proportion de mélange précité et il transmet par l'intermédiaire d'un conducteur 58 un signal de commande appliqué à un organe de ré glage 60 de la vanne de régulation 52 en vue de maintenir cette pression différentielle constante.En correspondante, un appareil de mesure de pression différentielle 62 est branché entre le tuyau 36 et le tuyau 46 et- il mesure la pression différentielle 4P1 en fournissant par l'intermédiaire d'un conducteur 64 un signal de commande lorsque cette pression différentielle s'écarte diune valeur prédéterminée, le signal étant appliqué à un organe de commande 66 d'une vanne de régulation 68 qui ramène' la pres sion différentielle à la valeur désirée. Ou fait de l'agencement classique de la pompe à jet 40, une régulation de t p1 a évidem ment une influence sur la régulation de bp. Cependant, la régula tion de Âp n exerce aucune réaction sur la régulation de 4pl de sorte qu'on ne peut pas effectuer de surrégulation. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spé cialement envisagés , elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENOICATIONS 1. Procédé pour diluer un liquide à l'aide d'une pompe à jet qui est actionnée au moyen d'un liquide de propulsion servant de liquide de dilution, caractérisé en ce qu'on introduit le liquide à diluer sous pression dans la pompe à jet. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu on introduit le liquide à diluer dans la pompe à jet sous une pression au moins égale à sa pression de vaporisation à la température d'admission. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé -en ce que le- rapport [# p/#p1] entre, d'une part, la différence [#p = p m - p v] existant entre la pression (p m) du mélange de liquides tNH3 + H203 et la pression (p v) du liquide à diluer (NH3) et, d'autre part, la différence ( #p1 = pt- pv) inexistant entre la pression tpt) du liquide de propulsion (H2O) et la pression tpv] du liquide à diluer (NH3) pour une proportion prédéterminée du mélange de liquides (NH3 + H2 0) est réglé à une valeur plus faible que celle correspondant à la pression minimale [Pt] du liquide de propulsion (H2O) qui est nécessaire pour obtenir cette proporti-on de mélange. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maintient- constante la différence ch P1 = Pt v entre la pression tpt] du liquide de propulsion tH20) et la pression tpv] du liquide à diluer (NH3). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on maintient constante (#p = pm - Pv) entre la pression tpm) du mélange de liquides (NH3 + H2 0) et la pression tpv) du liquide à diluer (NH3). 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on branche un organe de régulation dans un tuyau de sortie du mélange de liquides (NH3 + H2O) de la pompe à jet et en ce que, en amont de cet organe de régulation, ledit tuyau coopère avec un échangeur de chaleur qui diminue la température du mélange de liquides (NH3 + H2O) de façon qu'il n'entre pas en ébullition en aval de l'organe de régulation sous l'effet de la pression réduite régnant dans cette zone.