Brevet FR2548047A1 — publié le 19850104

La présente invention concerne un réacteur sous pression comportant un récipient sous pression contenant une chambre de réaction et des raccords pour l'admission et la décharge d'agents de réaction et d'épuration pour la 5 liaison avec des appareils de contr&e Lors du traitement industriel de matières fluables, pour lesquelles une filtration est effectuée au moins une fois, le filtrage a-été réalisé jusqu'à maintenant dans un appareil séparé Par exemple-lors du traitement industriel de matières aqueuses, 10 -comme par exemple des eaux usées, on a utilisé au moins deux appareils, par exemple au moins un filtre mécanique et un filtre multicouche Lors du traitement d'eaux usées, on a -utilisé des filtres grossiers en combinaison avec une floculation et ensuite une épuration dans des filtres à charbon actif ou multicouches intervenant comme des appareils séparés En outre, lors de la filtration grossière et de la filtration fine, on a utilisé un filtre grossier opérant de façon continue ou discontinue, avec ou sans mécanisme d'autoépuration, en même temps qu'un filtre profond prévu séparément, 20 par exemple un filtre à sable ou -à gravier Dans des processus d'échange ionique, notamment pour l'élimination d'ions métalliques, on a utilisé des échangeurs ioniques sous forme de filtres grossiers constituant des appareils séparés On n'a donné ci-dessus que quelques exemples du domaine industriel 25 o le filtre et le dispositif de traitement piacé en aval constituent chacun un appareil séparé Cela nécessite un besoin correspondant en volume de montage dans une installation ainsi que des frais de fabrication comparativement élevés des deux appareils respectivement séparés. L'invention a en conséquence pour but de remédier aux inconvénients précités et de créer un appareil à l'aide duquel on puisse effectuer plusieurs opérations physiques ou physico-chimiques dans un seul appareil. Le réacteur sous pression conforme à l'invention 35 est caractérisé en ce qu'il est prévu dans un volume intérieur du récipient sous pression un dispositif de filtrage autonettoyable comportant une chambre de filtre et un panier de filtre remplaçable, y compris un filtre, qui est relié en amont avec le raccord d'admission de la matière à traiter dans le réacteur sous pression afin de filtrer celle-ci avant son entrée dans la chambre de réaction, ledit dispositif de filtrage comportant un dispositif mécanique de nettoyage pourvu d'organes de raclage balayant le panier de filtre ainsi qu'un entonnoir servant à collecter la galette résiduaire enlevée par raclage et raccordé à un tuyau de descente pour décharger la galette résiduaire du récipient sous pression, ladite chambre de filtre étant reliée à une 10 extrémité directement et à l'autre extrémité par l'intermédiaire du tuyau de descente rigidement au récipient sous pression. Par des agencements appropriés de cet appareil, il est possible d'effectuer par exemple une filtration 15 grossière et une filtration fine, une filtration et une adsorption, une filtration et un échange ionique, une filtration et une séparation, et une filtration et une oxydation/ réduction aussi bien en phase homogène qu'en phase hétérogène. D'autres caractéristiques et avantages de 20 l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement un réacteur sous pression conforme à l'invention, et la figure 2 est une vue latérale du réacteur sous pression représenté sur la fig 1. Sur les figures, le récipient sous pression a été désigné par la référence numérique 1 Ce récipient sous pression peut être fabriqué en différents matériaux, par exemple en matériaux métalliques ou bien en matières plastiques Par exemple on a réalisé un récipient destiné à opérer sous une pression interne de 0,6 M Pa ( 6 bars) et présentant, pour un diamètre de 1000 mm, un volume intérieur de 2000 litres. Le récipient sous pression 1 comporte deux trous d'homme 3 35 et 4 pourvus d'une manière connue d'une bride d'obturation. Dans la forme représentée comme un cylindre circulaire vertical, le récipient sous pression 1 est pourvu de poteaux porteurs 5 A côté du poteau 5 placé à droite sur la figure 1 est disposée une plaque 6, qui sert à supporter des vannes, de robinets, des instruments de contrôle, etc, non représentés Dans une zone inférieure du volume intérieur 2 du récipient sous pression est disposé un fond 7 qui porte des 5 buses 8 Dans la partie supérieure du volume intérieur 2 du récipient, il est prévu une chambre de filtre 9, y compris un panier de filtre 10, ainsi qu'un filtre 11 Un entonnoir collecteur 12 est placé à l'extrémité inférieure du panier de filtre 10 et il est relié à un tuyau de descente 13, qui 10 sort verticalement du volume in*ieur 2 du récipient sous pression et qui est fermé à sa partie inférieure par une vanne d'obturation et de vidange 14 La chambre de filtre 9 est formée essentiellement d'une t 8 le perforée cylindrique qui, dans le mode de réalisation représenté, a par exemple une 15 épaisseur de 4 mm Elle comporte en haut une bride 28 sur laquelle est fixé un moteur 19 Entre le moteur 19 et la bride 28 est disposée une partie d'arrivée et de sortie d'air, désignée par la référence numérique 20 Dans cette zone, il est prévu en cas de besoin également un mécanisme de changement 20 de vitesse. Le panier de filtre 10 est fabriqué, dans le mode de réalisation considéré et d'une manière connue, a partir d'un tamis porteur cylindrique en t 8 le perforée, sur lequel est tendue une toile métallique fine En fonction de l'application de filtration prévue, la toile métallique comporte des ouvertures de mailles différentes A cet effet, le panier de filtre est disposé de façon amovible. À Le moteur 19 entra ne, directement ou par l'intermédiaire d'une transmission, un arbre porteur 16 pénétrant dans la chambre de filtre 9 De cet arbre porteur 16 font saillie des bras 17 qui portent chacun une brosse de grattage 18 En fonction de l'application envisagée, il est possible de monter à la place des brosses de grattage 18 d'autres organes de raclage fonctionnant comme des raclettes. 35 Les brosses de grattage 18 ( ou les organes de raclage) s'appliquent contre le c 8 té intérieur du filtre Il est prévu quatre bras 17 et en correspondance quatre brosses de raclage 18 Les bras 17 sont disposés en étant mutuellement décalés de 90 entre eux D'après le dessin, on voit qu'il est prévu dans ce mode de réalisation quatre brosses de grattage 18. Celles-ci sont pourvues d'un profil incurvé en correspondance à la surface intérieure du filtre et elles font chacune un 5 angle de 24 avec la perpendiculaire à l'arbre porteur 16, en étant disposées par rapport au sens de rotation de l'arbre porteur 16 de manière qu'il se produise un grattage continu de la galette résiduaire pour la décoller du filtre, c'est-à-dire de la toile de filtrage, et pour entrainer la galette résiduaire de façon continue vers le bas en direction de l'entonnoir collecteur,1 12 puis dans le tuyau de descente 13, qui sert de tuyau collecteur de boue de filtrat. En outre le récipient sous pression 1 est équipé d'une tubulure de raccordement 21 pour la décharge de l'eau de rinçage à contre-courant qui est introduite par les buses 8 La tubulure 22 est agencée pour permettre l'admission d'un agent de nettoyage sous forme gazeuse Une petite tubulure de raccordement 29 sert à recevoir des appareils de sécurité comme par exemple un contrôleur de pression, 20 une soupape de sûreté, un manomètre ou bien une soupape d'admission et de décharge d'air, lesdits appareils intervenant en fonction de l'application envisagée Une autre petite tubulure 27 sert à introduire des appareils de mesure de niveau dans le cas d'une automatisation du processus de rinçage à contre-courant La référence 25 désigne en principe l'entrée dans le récipient sous pression, cette entrée étant constituée dans l'exemple représenté par un tube de trop-plein , comme cela sera encore expliqué dans la suite Enfin la référence numérique 30 désigne la sortie du récipient sous 30 pression 1. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu en amont du réacteur sous pression 1 comportant le filtre fin à nettoyage automatique une voie de réaction comme indiqué sur la figure 2 Cette voie de réaction est constituée 35 par un réacteur tubulaire 23 qui est équipé à sa partie inférieure d'un tube d'admission 24 et qui est relié, par l'intermédiaire du tube de trop-plein 25, au récipient sous pression 1 Le faisceau tubulaire est disposé, conformément au mode de réalisation représenté, verticalement sur le côté ex*ieur du récipient sous pression 1. Dans la suite on va décrire d'une façon générale le mode de fonctionnement du réacteur sous pression. 5 Le milieu à traiter industriellement, auquel sont ajoutés le cas échéant, pour effectuer une conversion chimique, un ou plusieurs composants réactifs, pénètre par le tube d'admission 24 dans l'extrémité inférieure du réacteur tubulaire 23 Dans le réacteur tubulaire 23 se produit la conversion désirée dans le cas d'un temps de séjour suffisant. Après la sortie du réacteur tubulaire 23, les produits de réaction s'écoulent dans le tube de trop-plein 25 et pénètrent ensuite dans la chambre de filtre 9, o les constituants solides du mélange de réaction sont arrêtés par filtrage. Ces substances solides, qui sont retenues dans le filtre 11 en forme de tamis, sont raclées de façon continue par les brosses de grattage 18 en rotation et, grâce à la disposition inclinée décrite ci-dessus, elles sont transférées en direction de l'entonnoir collecteur 12 et ensuite dans le tuyau de 20 descente 13 Le milieu de réaction maintenant libéré des substances solides traverse le filtre 11 et pénètre ensuite dans le volume intérieur 2 du récipient sous pression en s'écoulant ici au travers d'une masse active correspondant au procédé envisagé et o se déroule un processus physico25 chimique Ensuite le milieu de réaction traversele fond à buses 7, qui est fixé par soudage sur l'extrémité inférieure du récipient sous pression 1, et il quitte le récipient sous pression 1 par l'orifice de sortie 30 Les substances solides collectées dans le tuyau de descente 13 sont évacuées par ouverture périodique de la vanne d'obturation et de'idange 14 placée à l'extrémité inférieure du tuyau de descente 13 En dessous de cette vanne 14 est disposé un bac à boue 15, qui est équipé le cas échéant encore d'un filtre fin 31, par exemple un filtre à gaze L'agent d'épuration nécessaire pour 35 la régénération automatique de la masse active qui vient d'être consommée pénètre, lors du rinçage à contre-courant, par la tubulure 30 dans la zone inférieure de récipient sous pression et il est réparti uniformément par les buses 8 sur toute la section du récipient 1 L'agent d'épuration chargé en impuretés après avoir traversé la masse active sort par la tubulure 21 du récipient sous pression 1 Les parties de l'installation nécessaires pour le rinçage à contre-courant sont d'un type classique et connues d'une façon générale et pour cette raison on ne les décrira pas en détail. Dans la suite, on va donner quelques exemples d'application du réacteur sous pression conforme à l'invention. 1) Floculation, filtration et adsorption Le liquide à épurer s'écoule par le tuyau 33 en direction de la pompe de refoulement 32, qui est branchée directement en amont du tuyau d'admission 24 Un agent de floculation est dosé et introduit par le tuyau 34 dans le liquide à épurer 33 en un endroit situé en amont de la pompe de refoulement 32 et il est ensuite homogénéisé dans la voie de réaction, c'est-à-dire le réacteur tubulaire 23 Il se produit ensuite un débordement par l'intermédiaire du tube de trop-plein 25 dans la chambre de filtre 9 et par conséquent 20 dans le récipient sous pression 1 Dans le filtre 11, les substances solides existantes sont séparées Le filtrat sort du panier de filtre 10 et passe dans le volume intérieur 2 du récipient sous pression et au travers d'un agent d'adsorption disposé dans celui-ci. Il est à noter que, conformément à l'art antérieur, l'agent de floculation du liquide à épurer était introduit dans un premier appareil, notamment un récipient de réaction, avec pbligation d'observer un certain temps de séjour A partir de ce récipient de réaction, le mélange 30 était ensuite refoulé par l'intermédiaire d'une pompe au travers d'un filtre grossier, c'est-à-dire un second appareil, o les substances solides étaient séparées Ensuite le filtrat était introduit dans un troisième appareil, qui était rempli de l'agent d'adsorption précité Ce processus qui nécessitait 35 jusqu'à maintenant trois appareils est maintenant effectué simplement dans un appareil compact conformément au mode de réalisation de l'invention. 2) Floculation filtration et échange ionique ________ __ __ __ __ __ _Les différentes étapes opératoires sont dans ce cas les mêmes que décrites cidessus A la place d'un agent d'adsorption, on dispose cependant dans le volume intérieur 2 du récipient sous pression une résine d'échange ionique. Le filtrat séparé des substances solides par le filtre autonettoyable 11 s'écoule du filtre 11 directement au travers de la résine d'échange ionique. 3) Floculation, filtrage grossier et filtrage 10 pro 2 fond La séquence des différentes étapes opératoires est la même que décrite ci-dessus Dans le volume intérieur 2 du récipient sous pression, il est prévu un ou plusieurs lits de filtrage qui servent de filtre fin ou de filtre multi15 couche Après la floculation dans le réacteur tubulaire 23 et après le filtrage grossier dans le filtre 11, le filtrat s'écoule au travers des lits de filtrage et sort après filtrage profond par l'intermédiaire de l'orifice de sortie du volume intérieur 2 du récipient. 4) Floculation filtrage et oxvdation A cet effet, il est prévu dans le volume intérieur 2 du récipient sous pression une masse de catalyseur. Dans le réacteur tubulaire 23 s'effectue la floculation puis la filtration fine est effectuée dans le filtre 11 Après le 25 passage au travers du filtre 11, le filtrat s'écoule directement au travers de la masse de catalyseur dans laquelle se déroule la réaction d'oxydation. Conformément à l'art antérieur, les étapes opératoires précitées ont été réalisées jusqu'à maintenant indi30 viduellement dans un appareil séparé Avec le réacteur sous pression agencé conformément à l'invention, il est possible de réaliser les différentes étapes opératoires au moyen d'un seul appareil, qui est considérablement plus avantageux que les appareils connus aussi bien en ce qui concerne les frais 35 de fabrication que les frais d'entretien. REVENDICATIONS 1 Réacteur sous pression comportant un récipient sous pression 11) contenant une chambre de réaction et des raccords pour l'admission et la décharge d'agents de réaction 5 et d'épuration pour la liaison avec des appareils de contr 8 le, caractérisé en ce qu'il est prévu dans un volume intérieur ( 2) du récipient sous pression un dispositif de filtrage autonettoyable comportant une chambre de filtre { 9) et un panier de filtre ( 10) remplaçable, y compris un filtre, qui est relié en amont avec le raccord d'admission de la matière à traiter dans le réacteur sous pression afin de filtrer celleci avant son entrée dans la chambre de réaction, ledit dispositif de filtrage comportant un dispositif mécanique de nettoyage pourvu d'organes de raclage ( 18) baladant le panier 15 de filtre { 10) ainsi qu'un entonnoir ( 12) servant à collecter la galette résiduaire enlevée par raclage et raccordé à un tuyau de descente ( 13) pour décharger la galette résiduaire du récipient sous pression, ladite chambre de filtre ( 9) étant reliée à une extrémité directement et a l'autre extrémité par 20 l'intermédiaire du tuyau de descente ( 13) rigidement au récipient sous pression ( 1). 2 Réacteur sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de filtre ( 9) ainsi que le panier de filtre amovible { 10), y compris le filtre, présen25 tent un axe de symétrie, en ce qu'il est prévu sur le récipient sous pression un moteur ( 19) qui est accouplé à un arbre porteur 116) traversant axialement la chambre de filtre enlevée par grattage dans un bac à boue ( 15) placé en dessous. 3 Réacteur sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un faisceau tubulaire ( 23) formant une voie de réaction est relié au c 8 té extérieur du récipient sous pression (I) et en ce que la sortie du réacteur tubu5 laire constituée par le faisceau tubulaire est reliée au raccord d'admission du récipient sous pression ( 1). 4 Réacteur sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu à l'intérieur du récipient sous pression ( 1) un fond à buses ( 8) qui sert à répartir urformément un agent de nettoyage utilisé pour un rinçage à contre-courant.