Brevet FR2519782A1 — publié le 19830718

La présente invention concerne un dispositif pour séparer les constituants d'un mélange, notamment un sépa- rateur d'oxygène, comportant deux récipients remplis d'un adsorbant sélectif pour un des constituants, un premier a- gencement de soupapes qui, dans un premier état de fonc tionnement, permet la libre entrée du mélange sous pres- sion dans le premier récipient et de diriger une-partie du produit enrichi vers le second pour que le constituant ad- sorbé dans celui-ci y soit extrait par rinçage, et un se- cond agencement de soupapes qui, dans un second état de fonctionnement, permet la libre entrée du mélange sous pression dans le second récipient et de diriger une partie du produit enrichi vers le premier pour que le constituant adsorbé dans celui-ci y soit extrait par rinçage, les deux récipients communiquant par une conduite de rinçage. Les installations de séparation des constituants d' un mélange à l'aide d'un adsorbant permettent la mise à disposition d'un produit enrichi, par exemple de l'oxygène pour des processus industriels ou pour la ventilation de l'organisme humain en puissant dans l'atmosphère ambiante et soustraient ainsi leur utilisateur à l'obligation de constituer des stocks et d'organiser un système d'approvi- sionnement pour ce gaz. Une commande connue pour un dispositif de sépara- tion des constituants d'un mélange, notamment un séparateur d'oxygène, permet, lorsqu'on amène de l'air comprimé, le débit continu d'un produit, en l'occurrence un gaz riche en oxygène Le dispositif est alors commuté périodiquement par une commande pneumatique entre deux états, dans les- quels l'air comprimé est introduit dans l'un de deux réci- pients remplis d'adsorbant que comporte le dispositif, tan- dis que la régénération a lieu dans l'autre, et vice versa. Comme critère de l'opportunité de passer d'un état à l'au- tre, on utilise la pression dans celui des récipients dans lequel est introduit l'air comprimé, qui, lorsqu'elle at- teint une valeur déterminée, indique l'épuisement Le dé- clenchement de la commande pour mettre fin à l'un ou l'au- 251978 Z tre des deux états est provoqué par un manostat lorsque la valeur limite de pression est atteinte dans le système d'amenée du mélange Puis un équilibre de pression s'éta- blit entre les deux récipients Lorsqu'il est atteint, la commande est déclenchée pour le passage à l'état suivant par un commutateur qui réagit à cette égalité de pression et est relié aux deux récipients. Dans le détail, le mélange à décomposer arrive de la source d'air comprimé par une conduite d'amenée L'en- trée de chaque récipient est mise en communication avec cette conduite d'amenée par une soupape d'admission res- pective actionnée par la commande L'entrée de chaque récipient peut aussi être mise en communication avec l'at- mosphère par une soupape d'échappement respective Du point de vue de la commande, la soupape d'admission du premier récipient et celle d'échappement du second sont groupées en un premier agencement de soupapes raccordé à la comman- de, tandis que la soupape d'échappement du premier réci- pient et celle d'entrée du second sont groupées en un se- cond agencement de soupapes, également relié à la comman- de Les sorties des deux récipients sont reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'un étrangleur et chacune d' elles est reliée à la conduite de départ vers le récep- teur par l'intermédiaire d'un détendeur. Cette installation à commutation pneumatique ne tient pas compte des tolérances entre les récipients, qui résultent entre autres, de leur remplissage et aussi de fluctuations dans le débit volumique Ni la pression d' adsorption seule, ni le temps d'adsorption qui, jusqu'à l'épuisement de l'adsorbant, résulte du débit volumique, lui-même résultant de la pression, ne déterminent le mo- ment d'utilisation optimale de l'adsorbant et donc la fin du cycle d'adsorption (Demande de brevet en R F A DE-OS NO 29 51 626). L'invention a donc pour objet de réaliser pour un dispositif de séparation des constituants d'un mélange une commande qui permet une utilisation optimale des lits d' -5 19782 adsorption. A cet effet, dans la dispositif selon l'invention, il est prévu une unité de commande qui commute d'un agen- cement de soupapes à l'autre et donc d'un état de fonc- tionnement à l'autre et, pour cette commutation, est dé- clenchée par un capteur de pression monté dans la conduite d'amenée du mélange, lorsque le signal de ce capteur coin- cide dans un comparateur avec la valeur formée de façon in- interrompue dans un multiplicateur à partir de la constan- te K du système et du temps donné par une minuterie, ladite unité de commande comportant en outre un comparateur à créneau avec des valeurs prédéterminées pour T et T min max qui reçoit les signaux de la minuterie et est relié avec celle-ci à la sortie du comparateur associé au capteur, lequel ramène l'un et l'autre à leur état de départ. Du fait que la commutation sur la courbe optimale est assurée, il est absolument impossible que la pression qui s'établit au cours de l'adsorption en amont de chaque lit d'adsorbant se trouve en dehors du point optimal d' hyperbole T Dans l'unité de commande, la minuterie déclen- T K che le multiplicateur, dans lequel la valeur If est formée en permanence avec la constante K du système, valeur qui correspond donc toujours à la pression d'adsorption fina- le optimale rapportée au temps Dans le comparateur, cet- te valeur est comparée au signal du capteur de pression. S'il y a coïncidence, il y a commutation entre les réci- pients. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu de relier au comparateur à créneau des moyens d'alarme qui sont déclenchés lorsque le signal de sortie du comparateur associé au capteur a eu lieu au-dessous de T ou au-dessus de T min max La présence de ces moyens d'alarme dans l'unité de commande est,-gr Ace aux temps T min et Tmax prédéterminés du comparateur à créneau, une garantie que la commutation aura lieu dans la plage de temps prévue On peut ainsi déceler les défaillances, par exemple dans l'approvision- nement en mélange gazeux Dans ce cas, du fait que la pres- sion n'augmente pas en amont du lit d'adsorption, le temps maximal admissible T Max est dépassé. De toute façon, l'invention sera bien comprise à 1 ' aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif: Fig 1 est un schéma du dispositif selon l'inven- tion, avec l'unité de commande et le capteur de pression; Fig 2 est un schéma-bloc de l'unité de commande du dispositif de fig 1; Fig 3 est un graphique de la courbe caractéristi- que A. Le dispositif de séparation des constituants d'un mélange, en l'occurrence un séparateur d'oxygène, comporte deux récipients 6, 7, remplis chacun d'un adsorbant sélec- tif pour le constituant à séparer Le mélange, de l'air comprimé, provient d'une source 1 et arrive par une condui- te d'amenée 2, a laquelle est raccordé un accumulateur 3. L'entrée du récipient 6 et celle du récipient 7 sont rac- cordées à la conduite d'amenée 2 par une soupape d'admis- sion respective 4, 5 L'adsorbant contenu dans les réci- pients 6 et 7-adsorbe sélectivement l'azote de l'air L' entrée de chacun de ces récipients peut être mise en commu- cation avec l'atmosphère par une soupape d'échappement respective 8, 9 La soupape d'admission 4 du premier réci- pient 6 et celle d'échappement 2 du second récipient 2 sont groupées en un premier agencement de soupapes et rac- cordées à une unité de commande 10 De même, la soupape d' admission > du second récipient 7 et la soupape d'échappe- ment 8 du premier récipient 6 sont groupées en un second agencement de soupapes et raccordées aussi à l'unité de commande La sortie de chacun des deux récipients 6, 7 est reliée par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour res- pectif à un accumulateur 13 pour le produit, lequel est relié par l'intermédiaire d'un détendeur 14 à la conduite de départ 15 vers le récepteur De plus, les sorties des 19782 récipients 6, 7 sont reliées l'une à l'autre par une con- duite de rinçage 16, dans laquelle est monté un étrangleur 17 Un capteur de pression 18 est relié à la conduite d' amenée 2 et envoie à l'unité de commande 10 un signal cor- respondant à la pression qui règne dans cette conduite. La commutation à l'intérieur des cycles de réglage est basée sur le principe reconnu que la commutation liée à la pression doit avoir lieu sensiblement sur une courbe optimale A Cette courbe A (fig 31 indique la relation entre la pression de commutation p et le temps de commuta- tion correspondant T, Pour cette courbe A, on a toujours la relation suivante: K dans laquelle K est la constante du système, p est la pression d'adsorption optimale et T est le temps d'adsorption optimal. Cette courbe A donne à tout moment la pression optimale Pl L'unité de commande 10 comporte une minuterie 20, dont le signal de sortie est traité dans un multiplicateur 21 avec la constante K du système pour former une valeur r- Ti Cette valeur est confrontée dans un comparateur 22 avec le signal de sortie du capteur de pression 18, signal qui correspond à la pression d'adsorption instantanée. Lorsque ce signal coincide avec la relation i, donc se trouve sur la courbe A, il faut commuter. Le comparateur 22 émet un signal et déclenche ainsi un flip-flop 23, qui commute les sorties de l'unité de com- mande 10 et donc les agencements de soupapes Parallèle- ment à ce processus, le signal émis par la minuterie 20 est reçu dans un comparateur à créneau 24, dans lequel sont introduites des valeurs prédéterminées pour le temps maxi- mal et le temps minimal Ce comparateur à créneau 24 et la minuterie 20 sont en outre reliés à la sortie du compara- teur 22 On peut ainsi établir si le signal de sortie de ce dernier, qui ramène à leur état de départ la minuterie et le comparateur à créneau 24, a eu lieu dans l'inter- valle de temps donné Lorsque le temps est supérieur au temps-maximal ou inférieur au temps minimal, des moyens d'alarme 25 sont déclenchés par la sortie du comparateur à créneau. En service, dans un premier état de fonctionnement, l'unité de commande 10 a ouvert les soupapes 4, 9 du pre- mier agencement et fermé les soupapes 5, 8 du second agen- cement L'air comprimé arrivant par la conduite 2 pénètre par la soupape d'admission 4 dans le premier récipient 6. L'azote de cet air y est séparé par l'adsorbant Un pro- duit enrichi en oxygène quitte donc le premier récipient 6 et s'écoule à travers le clapet anti-retour Il jusque dans l'accumulateur 13 et, de là, à travers le détendeur 14 dans la conduite de départ 1 vers le récepteur En même temps, une partie du produit enrichi traverse l'étrangleur 17 et pénètre dans le second récipient 7, o il extrait par rinçage l'azote adsorbé et l'entraîne dans l'atmosphè- re à travers la soupape d'échappement 9 A mesure que l'a- zote est adsorbé dans le premier récipient 6, la pression augmente dans celui-ci et dans la conduite d'amenée 2 Dès que cette pression correspond à la pression finale optima- le d'adsorption pour le temps qui s'est écoulé, l'unité de commande 10, en déclenchant le flip-flop 23, ferme les soupapes 4, 9 du premier agencement de soupapes et ouvre celles 5, 8 du second agencement, mettant ainsi fin au premier état de fonctionnement et commutant le dispositif sur le second état de fonctionnement, qui correspond au premier, mais avec permutation entre les deux récipients 6, Z La fin de ce second état et le retour au premier ont lieu de façon analogue à celle qui vient d'être décrite. Les mêmes évènements se reproduisent d'une manière cycli- que. REVENDICATIONS - 1. Dispositif de séparation des constituants d' un mélange, notamment séparateur d'oxygène, comportant deux récipients remplis d'un adsorbant sélectif pour un des constituants, un premier agencement de soupapes, qui, dans un premier état de fonctionnement, permet d'amener librement le mélange sous pression dans le premier réci- pient et de diriger une partie du produit enrichi vers le second récipient, afin que le constituant adsorbé y soit extrait par rinçage, et un second agencement de soupapes, qui, dans un second état de fonctionnement, permet d'ame- ner librement le mélange sous pression dans le second ré- cipient et de diriger une partie du produit enrichi vers le premier récipient, afin que le constituant adsorbé dans celui-ci y soit extrait par rinçage, les deux réci- pients étant reliés l'un à l'autre par une conduite de rinçage, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande ( 10) qui commute d'un agencement de soupapes à l'autre et donc d'un état de fonctionnement à l'autre et, pour cette commutation, est déclenchée par un capteur de pression ( 18) monté dans la conduite d'amenée ( 2) du mélan- ge, lorsque le signal de ce capteur coïncide dans un com- parateur ( 22) avec la valeur formée en permanence dans un multiplicateur ( 21) à partir de la constante K du système et du temps donné par une minuterie ( 20), ladite unité de commande ( 10) comportant en outre un comparateur à cré- neau ( 24) avec des valeurs prédéterminées pour T min et T, qui reçoit les signaux de la minuterie et est re- lié, avec celle-ci, à la sortie du comparateur ( 22) asso- cié au capteur, qui les ramène l'un et l'autre à leur é- tat de départ. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des moyens d'alarme ( 25) sont reliés au comparateur à créneau ( 24) et sont déclenchés lorsque le signal de sortie du comparateur ( 22) associé au capteur est émis après un temps inférieur à T Min ou supérieur à T Max.