Brevet FR2551671A1 — publié le 19850315

La présente invention concerne un coalesceur, notamment pour coalescer l'eau dispersée dans un fuel. Le coalesceur de l'invention comprend au moins trois étages, à savoir un étage central constitué de laine de verre précédé d'un étage d'entrée en feutre d'un znaté- riau non mouillable par la phase dispersée (qui est de l'eau dans l'application mentionnée ci-dessus), cet étage central étant suivi d'un.étage de sortie en matériau plus mouillable par la phase dispersée que le matériau de l'étage d'entrée mais moins mouillable que le matériau de l'étage central. L'étage d'entrée arrête les impuretés solides éventuellement présentes dans le liquide à traiter, constitue comme une sorte de filtre et il a également une fonction de régulateur de débit. L'étage central constitue le coalesceur principal. L'étage de sortie constitue comme un réservoir qui fait grossir la taille des gouttes et permet d'éviter le phénomène de moussage. Dans une réalisation préférée, le feutre du premier étage est constitué de fibres de polypropylène d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm, l'étage central est constitué d'une épaisseur de 2 à 8 mm de laine de verre et l'étage de sortie est une laine de polyacrylonitrile d'une épaisseur de 1 à 1,5 cm. Si les couches font l'objet d'un tassement, les épaisseurs ci-dessus sont les épaisseurs après tassement, c'est-à-dire les épaisseurs de service. Un tel coalesceur fait coalescer les gouttes de 1 à 5 microns rapidement jusqu'à une taille de 0,1 à imm puis, moins rapidement, les gouttes ainsi obtenues jusqu'à une taille de 2 à 4 mm. A la sortie du coalesceur, on trouve donc des gouttes de 2 à4 mm et quelques gouttes de l'ordre de 1 à 2 microns. Il est prévu de faire suivre ce coalesceur d'un autre coalesceur qui pourra faire coalescer les gouttes les plus fines ayant traversé le premier coalesceur. Dans une telle réalisation, le coalesceur de l'invention constitue une sorte de pré-coalesceur qui, outre les fonctions déjà décrites, assure un rôle de protection mécanique protégeant le second coalesceur des agressions mécaniques du fuel. Le second coalesceur ou coalesceur principal peut alors être un coalesceur du type décrit dans la demande de brevet français nô .83 03683 du 7 mars 1983. Il est prévu en particulier d'utiliser comme matériau coalesçant du coalesceur principal un mélange de fibres de verre et d'alumine, de préférence suivi d'une ou plusieurs couches de mousse plastique à cellules ouvertes. Le mélange fibreux est relativement fragile et il serait endommagé si l'on envoyait directement le fuel sur ce mélange sans le protéger par le pré-coalesceur. On décrira ci-après des exemples d'un dispositif conforme à la présente invention. Dans ces exemples, l'expression couche de fibres" désigne un mélange de fibres de verre et d'alumine. EXEMPLE 1. On réalise un séparateur en disposant les couches suivantes dans le sens de circulation du fuel - une couche de feutre de polypropylène, - une couche de laine de verre (m = 1,8 g, e = 3mm), - une grille de soutien, - une couche de laine de polyacrylonitrile (m = 2 g, e F 9 mm), - une couche de fibres (m = 2,80g, e = 4 mm) - une grille de soutien, - une couche de mousse à cellules ouvertes en polyester. Dans l'énumération qui précède, m indique le poids de la couche, e indique l'épaisseur de la couche. On obtient les résultats suivants TABLEAU I Débit q (ml.mn 1) 50 80 160 285 -1 .. q5(ml.mn cm -2) 2,5 2,54,0 8,0 14,2 #P (bar) 0,35 0,4 0,5 0,65 eau résiduelle (% en poids) 0,3 % 0,4 % 0,45 % 0,65#% EXEMPLE 2. On réalise un séparateur en disposant les couches suivantes dans le sens de circulation du fuel - une couche de feutre de polypropylène, - une couche de laine de verre (m = 1,8 g, e = 3 mm), - une grille support, - une couche de laine de polyacrylonitrile (m = 2 g, e = 9 mm), - deux couches de fibres ( i,4 g, diamètre des fibres : 1 à 7 m) - une grille de support, - une couche de mousse de polyester à cellules ouvertes (e = 20 mm tassée à 15 mm m = 1,66 g, diamètre des pores : 100 à 200 ssm) Sous une pression différentielle de 0,3 bar et un débit de 50 ml.mn (q5 = 2,5 ml.mn .cm-2), on obtient les résultats suivants TABLEAU II Eau résiduelle en sortie après 60 mn : 0,4 % 170 mn : 0,3 % 230 mn : 0,2 % 290 mn : 0,25 % Selon un autre aspect de l'invention, on a découvert qu'il est avantageux de placer,en aval du dispositif, des fibres, de préférence longues, relativement mouillables par l'eau, pour favoriser la décantation. Cette couche de sortie est notamment utile lorsque la viscosité de la phase principale est élevée et lorsque la différence de densité entre la phase principale et la phase dispersée est faible, ce qui est le cas d'un fuel contenant de l'eau, car dans ce cas la décantation est difficile. Comme pour la couche de sortie du précoalesceur, on.donne la préférence aux matériaux qui sont relativement mouillables par l'eau : les gouttes peuvent ainsi s'accrocher et grossir. De plus, lorsque les milieux sont peu tassés, ils se comportent comme des réservoirs et l'eau sort à grosses gouttes, principalement dans la partie inférieure du milieu. Les laines de polyacrylonitrile et de polyester améliorent la coalescence. La laine de polyester doit être peu tassée pour ne pas casser les grosses gouttes mais cependant assez tassée pour arrêter les petites gouttes. Son épaisseur doit être suffisante pour que la laine serve de réservoir. La laine de polyacrylonitrile est un peu plus mouillable que la laine de polyester. En inclinant les fibres vers le bas, les gouttes d'eau adhèrent aux fibres et lorsque leur taille est suffisante, glissent le long des fibres. EXEMPLE 3. On réalise un séparateur en disposant les couches suivantes dans le sens de circulation du fuel - une couche de feutre de polypropylène, - une couche de laine de verre (1,8 gt e - 3 mm) - une grille support - une couche de laine de polyacrylonitrile (2,0 g, e = 9 mm) - une couche de fibres (2,3 g) - une grille support - une couche de mousse de polyester à cellules ouvertes - une couche de fourrure synthétique en poly acrylonitrile. Avec un débit de 50 ml/mn (q5 = 2,5 ml.m 1.cm 2) et une pression différentielle de 0,35 bar, la quantité d'eau en sortie du séparateur au bout de 30 mn est égale à 0,2 % ; l'émulsion sortante contient peu de gouttes et le diamètre de ces gouttes est voisin de 1 micron. Les essais des exemples 1 à 3 ont été effectués avec une température de fuel à l'entrée égale à 7506. EXEMPLE COMPARkTIF.- A titre de comparaison, on a effectué un essai sans précoalesceur en amont et sans fourrure en aval. Le Coalesceur est constitué par les couches suivantes - deux couches de fibres - une couche de mousse de polyester (e = 20 mm tassée à 15 mm ; m = 1,66g, diamètre des pores 100 à 200 microns) - une couche de mousse de polyester ( e = 10 min, m = 0,50 g, diamètre des pores de 200 à 400 microns). On fait passer le fuel avec un débit de 50 ml/mn pour une surface de 20 cm2 (d'un qs F 2,5 ml.mn-l.cm-2) sous une pression différentielle de 0,35 bar. La quantité d'eau en sortie est fonction du temps et respectivement - 0,2 % après 10 mn - 0,4 % après 40 mn - 0,35% après 90 mn Ce type de coalesceur est donc efficace mais il est fragile car le fuel arrivant directement sur les fibres peut l'endommager ; ce coalesceur n'est donc utilisable que sous de faibles débits. L'invention n'est pas limitée aux applications préférées qui ont été décrites. REVENDICATIONS 1. Coalesceur pour coalescer une phase dispersée dans un liquide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois étages, à savoir un étage central constitué de laine de verre précédé d'un étage d'entrée en feutre d'un matériau non mouillable par la phase dispersée, cet étage central étant suivi d'un étage de sortie en matériau plus mouillable par la phase dispersée-que le matériau de l'étage d'entrée mais moins mouillable que le matériau de l'étage central. 2. Coalesceur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage d'entrée comporte des fibres de polypropylène. 3. Coalesceur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étage de sortie comporte une laine de polyacrilonitrile. 4. Coalesceur selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le feutre du premier étage est constitué de fibres de polypropylène d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 min, et l'étage de sortie est une laine de polyacrylonitrile d'une épaisseur de 1 à 1,5 cm. 5. Dispositif comportant un précoalesceur selon l'une des revendications 1 à 4, suivi d'un coalesceur principal comportant une ou des couches d'un mélange de fibres de verre et de silice. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le coalesceur principal comporte en aval dudit mélange de fibres une ou plusieurs couches de mousse plastique à cellules ouvertes. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte à la sortie du coalesceur principal, une couche de fibres longues relativement mouillables par la phase dispersée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres longues sont en polyacrilonitrile ou en polyester. 9. Application d'un coalesceur selon l'une des revendications 1 à 4 ou d'un dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, à la coalescence de l'eau dispersée dans un fuel.