Brevet FR2550462A1 — publié le 19850215

La présente invention concerne un procédé de commande d'une installation à lit à mobilité simulée. Plus précisément, elle concerne un procédé destiné à réduire au minimum la pression maximale d'une installation 5 à lit à mobilité simulée, par utilisation de pompe centrifuge à vitesse variable. On connaît déjà une installation à lit à mobilité simulée destinée à une séparation par chromatographie, l'installation étant très utilisée dans l'industrie pour 10 la séparation des mélanges d'hydrocarbures ou de saccharides. Une installation à lit à mobilité simulée comprend en général plusieurs lits garnis chacun d'un adsorbant solide, l'extrémité aval de chaque lit et l'extrémité amont du 15 lit suivant étant reliées par des conduits sous forme d'une boucle sans fin Un fluide circule dans les lits, dans un sens, une charge et une matière de désorption sont introduites dans l'installation et, simultanément, un raffinat (ingrédient non adsorbé) et une matière adsorbée 20 (ingrédient adsorbé) sont extraits de l'installation. Les positions d'introduction et d'extraction de ces quatre types de fluides (appelées dans la suite "soutirage") sont déplacées et périodiquement dans le sens de circulation du fluide afin que la séparation chromatographique 25 des ingrédients respectifs soit assurée Plusieurs procédés proposés pour la commande du fonctionnement de cette installation à lit à mobilité simulée sont décrits dans la demade publiée de brevet japonais n 1 8392/76 et dans les demandes non examinées de brevet japonais n 88274/78 30 (correspondant au brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4182633) et 90072/79. Lors du fonctionnement de l'installation à lit à mobilité simulée, les débits des trois ou quatre soutirages sont habituellement réglés à des valeurs prédéter35 minées alors que l'autre soutirage est réglé par une soupape de réglage qui maintient la pression dans le lit à une valeur constante Lorsqu'une seule pompe de circulation est placée dans les conduits, la pression d'aspiration de la pompe donne la pression la plus basse dans l'installation, et le dernier des soutirages précités est habituellement réglé de manière que la pression d'aspi5 ration de la pompe de circulation reste constante Le rôle de la pompe de circulation est de compenser la perte de charge dans les lits En conséquence, lors de l'utilisation d'une seule pompe de circulation, sa pression de refoulement est égale à la somme de sa pression d'aspi10 ration et de la perte de charge dans les lits, si bien que les lits doivent être conçus pour des réacteurs qui supportent cette pression de refoulement Cela signifie que le coût de construction est élevé lorsque la perte de charge dans les lits doit être importante. En théorie, la perte de charge dans les lits peut être réduite par réduction du rapport de la longueur du tronçon rectiligne au diamètre (rapport généralement appelé "rapport L/D" du lit) Cependant, il ne s'agit pas d'une solution totalement satisfaisante en pratique 20 car un lit de grand diamètre présente des difficultés pour la formation d'un courant uniforme et nécessite des coûts élevés et une grande surface d'installation. Plusieurs lits unitaires peuvent être montés en série afin que la pression nominale des lits soit 25 réduite, ces lits unitaires étant reliés par des conduits afin qu'ils forment une boucle sans fin, équipés de deux ou plusieurs pompes de circulation placées dans les conduits afin que la perte de charge dans les lits soit répartie dans les pompes respectives. Cependant, dans l'installation à lit à mobilité simulée, les ingrédients respectifs contenus dans le fluide qui circule donnent une répartition déterminée de la concentration, et, dans le cas particulier de la séparation d'un mélange de saccharides, les ingrédients 35 respectifs ont des viscosités ou des masses volumiques spécifiques différentes suivant la répartition des concentrations Cela signifie que la perte de charge diffère d'un lit unitaire à un autre et que la répartition des pressions dans les lits unitaires a tendance à varier au cours du temps En conséquence, la pression d'aspiration et la pression de refoulement d'une pompe donnée 5 de circulation présentent des variations périodiques. En outre, des courants introduits ou des soutirages sont tels que l'écoulement du fluide varie d'une zone du lit à une autre Le réglage de l'installation à lit à mobilité simulée est encore compliquée par le fait que 10 des zones ayant des débits différents de fluide qui circule sont déplacées périodiquement. La demande publiée de brevet japonais n 90072/79 décrit un procédé de commande d'une installation à lit à mobilité simulée Ce procédé repose sur la découverte 15 du fait que la pression de crête, dans l'installation, peut être abaissée par réglagage des soutirages à chaque face du fonctionnement d'une manière telle que la valeur minimale ou maximale de la pression d'aspiration ou de refoulement des pompes de circulation de l'installation 20 reste constante. L'invention constitue un perfectionnement de ce procédé Le procédé selon l'invention permet l'utilisation d'une installation à lit à mobilité simulée, caractérisée par une réduction importante de la pression et 25 de la puissance de fonctionnement nominales nécessaires, ainsi que par une augmentation du rapport L/D En conséquence, la dimension globale de l'installation de séparation est réduite, et sa construction et ses coûts de fonctionnement sont aussi réduits. L'invention concerne un procédé de commande d'une installation à lit à mobilité simulée, comprenant au moins quatre lits montés en série garnis chacun d'un adsorbant solide, l'extrémité aval de chaque lit et l'extrémité amont du lit suivant étant raccordées par des 35 conduits afin que l'ensemble forme une boucle sans fin, un fluide circulant dans les lits dans un sens, une charge et un fluide de matière de désorption étant introduits dans l'installation alors que, simultanément, une matière adsorbée et un raffinat en sont retirés, les positions d'introduction et de retrait de ces différents courants étant disposées dans la direction d'écoulement du fluide 5 de circulation et étant décalées périodiquement Selon l'invention, deux ou plusieurs pompes de circulation ayant des organes de commande à vitesse variable et des détecteurs de pression d'aspiration de chacune des pompes de circulation sont placés entre deux lits, les débits 10 de trois des courants introduits dans l'installation ou retirés de celle-ci étant réglés à des valeurs prédéterminées alors que le débit de l'autre fluide est réglé afin que la pression d'aspiration d'une pompe de circulation ou que la moyenne des pressions d'aspiration d'au 15 moins deux pompes de circulation reste constante, la vitesse de rotation de chacune des pompes de circulation étant réglée indépendamment afin que le débit du fluide qui circule soit réglé et que la pression d'aspiration de chaque pompe de circulation reste à une faible valeur. 20 L'installation a lit à mobilité simulée selon l'invention comporte au moins quatre lits unitaires raccordés en série Deux pompes de circulation au moins sont montées entre les lits, et de préférence entre les lits de chaque paire La pression d'aspiration de chaque pompe 25 de circulation est détectée par un détecteur et la vitesse de rotation de chaque pompe de circulation est réglée par un organe de commande de vitesse variable afin que cette pression d'aspiration reste minimale, si bien que le débit et la pression du fluide refoulé par chaque pompe sont déterminés La vitesse de rotation de la pompe est commandée mécaniquement ou électriquement A cet effet, un organe de commande à tension variable et à fréquence variable, une sorte de circuit convertisseur qui a été utilisé récemment dans de telles applications, peut être 35 utilisé Dans le procédé de l'invention, les débits d'au moins trois des quatre courants et soutirages sont réglés à des valeurs prédéterminées alors que le débit d'un autre courant ou soutirage est réglé de manière que la pression d'aspiration de l'une quelconque des pompes de circulation ou que la pression maximale ou minimale d'aspiration ou que la valeur moyenne des pressions d'aspiration d'au 5 moins deux pompes reste constante Simultanément, les pompes de circulation sont commandées indépendamment afin que leurs vitesses de rotation donnent le débit nécessaire dans une pompe particulière ainsi que la pression de refoulement qui assure la compensation de la 10 perte de charge dans le lit, en aval de cette pompe particulière de circulation Dans cette opération, la pression d'aspiration de chaque pompe de circulation doit être suffisamment élevée pour que la cavitation soit évitée. Dans un mode de réalisation avantageux, la vitesse 15 de rotation d'une première pompe est réglée afin qu'elle donne un débit de circulation ayant une valeur prédéterminée alors que les vitesses de rotation des autres pompes de circulation sont réglées afin que la pompe placée juste en aval de chaque pompe ait la plus faible pression 20 possible d'aspiration. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 à 3 sont 25 des schémas de trois installations différentes à lit à mobilité simulée, comprenant chacune huit lits unitaires ou élémentaires. La figure 1 est un schéma de la construction la plus fondamentale d'une installation à lit à mobilité 30 simulée utilisée pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, les références 101 à 108 désignant des lits élémentaires, les références A 1 à A 8 des pompes de circulation, les références RC 1 à RC 8 des dispositifs de commande de la vitesse de rotation des pompes respectives de circu35 lation, et les lettres a, b, c et d la charge, le raffinage, la matière de désorption et la matière adsorbée respectivement. La figure 2 est le schéma de la construction fondamentale de l'installation à lit à mobilité simulée mise en oeuvre selon le procédé décrit dans la demande précitée de brevet japonais n 90072/79 Sur la figure 2, 5 les références 201 à 208 désignent les lits élémentaires, les références B 1 à B 8 les pompes de circulation, les références CV 1 à CV 8 des soupapes de réglage du débit de circulation, et les lettres a, b, c et d respectivement la charge, le raffinat, la matière de désorption et la 10 matière adsorbée. La figure 3 représente le schéma fondamental d'une installation à lit à mobilité simulée ayant un seul ensemble à pompe de circulation Sur la figure 3, les références 301 à 308 désignent des lits élémentaires, 5 la référence C 1 une pompe de circulation, et les lettres a, b, c et d la charge, le raffinat, la matière de désorption et la matière adsorbée respectivement. Les installations à lit à mobilité simulée représentées sur les figures 1 à 3 sont utilisées pour la 20 séparation d'une solution aqueuse d'un sirop de mais à teneur élevée en fructose (charge) en fructose (matière adsorbée) et en dextrose (raffinat) à l'aide d'eau constituant une matière de désorption Au moment o les positions d'introduction et d'extraction des quatre courants ou 25 soutirages sont telles que représentées sur les figures 1 à 3, les lits élémentaires respectifs de l'installation à lit à mobilité simulée ont les pertes de charge suivantes: TABLEAU I Lit unitaire Perte de charge, bars Premier ( 101, 201, 301) 1,02 Second ( 102, 202, 302) 1,47 Troisième ( 103, 203, 303) 2, 47 Quatrième ( 104, 204, 304) 4,44 Cinquième ( 105, 205, 305) 5,24 Sixième ( 106, 206, 306) 2,74 Septième ( 107, 207, 307) 1,05 Huitième ( 108, 208, 308) 0,73 Si l'on suppose que la pression minimale dans l'installation à lit à mobilité simulée, nécessaire pour que la cavitation soit évitée dans les pompes de circulation, est de 0,5 bar (pression manométrique), la pression 5 de refoulement nécessaire de la pompe C 1 représentée sur la figure 3 est de 19,66 bars, c'est-à-dire la somme de la pression manométrique d'aspiration ( 0,5 bar) et de la perte de charge totale indiquée dans le tableau I. Lors du fonctionnement de l'installation de la 10 figure 2, le débit du fluide qui circule est réglé par des soupapes CV 1 à CV 8 Dans le mode de réalisation de la figure 2, la pression d'aspiration de la pompe B 6 de circulation donne la pression minimale dans l'installation Lorsque cette pression manométrique minimale 15 est maintenue à 0,5 bar, la pression en divers points de l'installation et les pertes de charge dans les soupapes CV 1 à CV 8 ont les valeurs suivantes. TABLEAU RI n Pression mano Pression manogé Pression manomé Perte de charge 20 métrique à trique d'aspira trique de refou dans les soupapes l'entrée du tion de la pompe lement de la pompe bars lit, bars de circulation de circulation, _r bars bas 1 6,23 5,21 8,45 1,31 2 7,14 5,67 9,28 1,08 3 8,20 5,73 9,69 1,15 4 8,54 4,10 8,09 1,77 6,32 1,08 4,98 1,74 6 3,24 0,50 4,19 0,81 7 3,38 2,33 5,76 0,73 8 5,03 4,30 7,53 1,30 Comme l'indique le tableau II, lorsque l'installation de la figure 2 est utilisée, la valeur manométrique de crête de la pression dans l'installation est de 9,69 bars mais la perte de charge totale dans les soupapes atteint 35 9,89 bars En d'autres termes, le tiers environ de la puissance fournie aux pompes est perdu sous forme des pertes de charge dans les soupapes. Lors du fonctionnement de l'installation de la figure 1, le débit de l'un des courants ou soutirages et la vitesse de rotation des pompes de circulation sont réglés selon le procédé de l'invention afin que la pression 5 manométrique d'aspiration de chaque pompe de circulation soit égale à 0,5 bar En conséquence, les pompes respectives ont les pressions manométriques de refoulement suivantes: TABLEAU III Pompe N A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 A 8 Pression manom O t Pompe d e A métrique de 1,97 2,97 4,94 5,75 3,24 1,55 1,23 1,52 refoulement, bars Les valeurs de crête dans la pression dans l'installation, dans les trois cas précédents, sont indiquées dans le tableau IV, avec les valeurs de la puissance spécifique nécessaire au fonctionnement des installations respectives (la puissance nécessaire à l'installation 20 de la figure 1 étant considérée comme égale à 1,0). TABLEAU IV Fig 1 Fig 2 Fig 3 Pression manométrique 5,75 9,69 19,66 maximale, bars Puissance spécifique 1,0 1,7 1,0 nécessaire Le tableau IV indique que le procédé selon l'invention donne la plus faible valeur de crête dans l'installation à lit à mobilité simulée, tout en nécessitant 30 moins d'énergie lors du fonctionnement que l'installation représentée sur la figure 2. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs 35 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de commande d'une installation à lit à mobilité simulée, comprenant au moins quatre lits ( 101108) montés en série, ayant chacun un garnissage d'un 5 adsorbant solide, l'extrémité aval de chaque lit et l'extrémité amont du lit suivant étant raccordées par les conduits sous forme d'une boucle sans fin, un fluide circulant dans les lits dans un sens déterminé, une charge et une matière de désorption étant introduites dans l'installa10 tion alors que, simultanément, un raffinat et une matière adsorbée sont retirés de l'installation, les positions d'introduction et de retrait des quatres types de fluide étant décalées périodiquement dans le sens d'écoulement du fluide, ledit procédé étant caractérisé en ce que 15 deux pompes de circulation au moins (A 1-A 8) comporte des organes de commande (RC 1-RC 8) de vitesse variable et des détecteurs d'une pression d'aspiration de chacune des pompes de circulation sont placés entre deux lits, les débits de trois des quatre fluides introduits dans 20 l'installation ou retirés de celle-ci sont réglés à des valeurs prédéterminées et un débit de l'autre fluide est réglé de manière que la pression d'aspiration de l'une des pompes de circulation reste constante, et une vitesse de rotation de chacune des pompes de circulation 25 est réglée indépendamment de manière que le débit du fluide qui circule soit réglé et que la pression d'aspiration de chaque pompe de circulation reste à une faible valeur. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé 30 en ce que les pompes de circulation sont disposées entre les lits de chaque paire. 3 Procédé de commande d'une installation à lit à mobilité simulée comprenant au moins quatre lits ( 101-108) montés en série ayant chacun un garnissage d'un adsorbant 35 solide, l'extrémité aval de chaque lit et l'extrémité amont du lit suivant étant raccordées par des conduits afin qu'une boucle sans fin soit formée, et un fluide circule dans les lits, dans un sens déterminé, une charge et une matière de désorption étant introduites dans l'installation alors que, simultanément, un raffinat et une matière adsorbée sont retirés de l'installation, les positions d'introduction et d'extraction des quatre 5 types de fuides étant périodiquement décalées dans la direction d'écoulement du fuide de circulation, ledit procédé étant caractérisé en ce que deux pompes de circulation au moins (A 1-A 8) comportent des organes de commande (RC 1RC 8) de vitesse variable et des détecteurs de pression 10 d'aspiration de chacune des pompes de circulation sont disposés entre deux lits, les débits de trois des quatre fluides introduits dans l'installation ou retirés de celle-ci sont réglés à des valeurs prédéterminées et un débit de l'autre fluide est réglé de manière que la 15 moyenne des pressions d'aspiration d'au moins deux pompes de circulation reste constante, et une vitesse de rotation de chaque pompe de circulation est réglée indépendamment de manière que le débit de la pompe de circulation soit réglé et que la pression d'aspiration de chaque pompe 20 de circulation soit maintenue à une faible valeur. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pompes de circulation sont placées entre les lits de chaque paire.