Brevet FR2576523A1 — publié le 19860801

Procédé de stabilisation magnétique de couches fluidiques L'invention concerne un procédé de stabilisation magnétique de couches fluidiques, qui peut être appliqué aux processus hétérogènes et physiques à couches fluidiques de particules ferromagnétiques, par exemple aux processus catalytiques de filtration, etc. On connait un procédé de stabilisation magnétique de couches fluidiques dans lequel les particules fluidisées et magnétisées de la couche sont placées dans le volume d'un solénoïde générant un champ magnéti- que uniforme. Le dispositif magnétique engendrant le champmagnétique est disposé autour de la couche fluidique (certificats d'auteur BG 24 085, et 19 886 et brevet US 4 115 927). L'inconvénient de ce procédé connu réside dans le fait qu'il ne - peut être appliqué qu'à des couches de faible hauteur, le rapport entre la hauteur desdites couches et le diamètre de l'appareil mis en oeuvre étant i5 inférieur à 1. La faible hauteur de la couche détériore la distribution du gaz. L'action homogène du champ n'arrive pas à éliminer le gradient des forces de gravité envers les particules le long de la hauteur de la couche, de sorte qu'on n'atteint pas une structure régulière lors de la stabilisa- tion des particules. L'uniformité du champ dépend des dimensions géométri- ques de la couche et de l'appareil. Cela rend difficile l'application techno- logique du procédé et limite les vitesses linéaires du fluide traversant. Le but de l'invention est de fournir un procédé de stabilisation magnétique de couches fluidiques, qui est applicable à des couches de hauteur importante indépendemment du rapport entre la hauteur de la couche et le diamètre de l'appareil mis en oeuvre, qui élimine l'exigence d'uni- formité axiale du champ, qui assure une meilleure distribution du fluide, qui élimine l'influence du gradient des forces de gravité le long de la hauteur et qui limite les forces de friction entre la couche et les parois de l'appareil, ce qui assure une structure régulière de la couche. Ce but est atteint par un procédé de stabilisation magnétique de couches fluidiques de particules ferromagnétiques qui consiste à placer lesdites couches fluidiques dans un champ magnétique, de manière à ce que ce champ magnétique soit à gradient et orienté parallèlement à la direc- tion de fluidisation. Afin d'obtenir une uniformité dynamique de la couche, le champ magnétique peut être orienté colinéairement à la direction de fluidisation. Pour atteindre une augmentation multiple de la vitesse du cou- rant fluidisant, le moment magnétique des particules peut être orienté suivant une direction opposée à celle du courant fluidisant. Les avantages du procédé selon l'invention sont les suivants: l'hauteur de la couche stabilisée est augmentée pour un même diamètre de l'appareil; les difficultés pour atteindre une uniformité axiale du champ magnétique sont totalement éliminées; la distribution du fluide le long de la hauteur de la couche est améliorée; le gradient des forces de gravité le long de la couche est éliminé; la friction entre la couche et les parois de l'appareil est réduite; et l'uniformité axiale structurelle de la couche stabilisée est augmentée. Le fait d'engendrer dans les particules un moment magnétique qui varie suivant un gradient et qui est colinéaire à la direction du courant fluidisant crée une uniformité dynamique dans le comportement de la couche. L'orientation axiale avec gradient du moment magnétique neutralise le gra- dient longitudinal des forces de gravité. Cela permet d'augmenter la hau- teur de la couche et de réduire la résistance due à la friction avec les parois de l'appareil. La génération dans les particules d'un moment magnétique variant par gradient dans la direction opposée au courant fluidisant, élimine le gradient axial dû aux forces de gravité, en créant des conditions pour une augmentation multiple de la vitesse du courant fluidisant sans l'apparition d'une circulation et la formation de bulles dans la couche. Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention sans toutefois la limiter. Exemple 1 Dans un tube d'un diamètre de 100 mm sont introduites des parti- cules ferromagnétiques d'une dimension de 60 à 80 microns. Le rapport entre la.hauteur de la couche de particules "h" et le diamètre de l'appareil "D" est de 0,8. Ce dernier est logé dans le volume d'un solénoïde qui engendre un champ à gradient H qui est colinéaire à la direction du courant flui- disant.Avec la vitesse de fluidisation minimale, on a obtenu les valeurs suivantes pour la résistance hydraulique P et la vitesse "v" à laquelle ""àlqel est interrompue la stabilisation. Intensité du Vitesse v Hauteur de la champ magnétique H AP (m/s) couche h (cm) H (A/m) (%) (Pa 13130 (soit 165 0e) 35 460,92 '0,12 8,2 " 42 519,75 0,20 8,9 " 40 500,14 0,29 9,1 " 40 500,14 0,35 10,2 La valeur AH est déterminée par la différence de "H", mesurée entre le centre du solénoïde et le centre de la couche. Les données dé- montrent qu'avec l'augmentation deA H, la valeur AP est relativement constante, ce qui est lié à l'augmentation du volume libre dû à l'expansion de la couche. Exemple 2 On introduit dans un tube d'un diamètre D=90 mm, une couche de particules sur une hauteur de 100 mm. La dimension des particules est de 60 à 80 microns. L'appareil est logé dans le volume d'un solénoïde générantun champ magnétique à gradient orienté suivant une direction opposée à celle du cou- rant fluidisant. L'intensité du champ magnétique est de 17 825 A/m (224 0e). On a obtenu les valeurs suivantes pour A P, la hauteur de la couche et la vitesse "v" à laquelle est interrompue la stabilisation magnétique. AH AP h v (%) (Pa) (cm) (m/s) 559 10,2 0,32 30 519,75 10,4 0,41 42 539,40 10,6 0,53 52 529,56 12,2 0,56 519,75 13,1 0,62 La variation tH assure une permanence de la résistance hydrau- lique AP et une vitesse accrue à laquelle est interrompue la stabilisation magnétique. L'expansion de la couche est également liée à AP. Exemple 3 Dans les conditions des exemples 1 et 2, on introduit différentes quantités de matière ferromagnétique avec une hauteur de la couche "h" qui varie par rapport au diamètre de l'appareil "D". Le champ magnétique est générée par un dispositif magnétique placé en des positions différentes, le long de la couche. On obtient les résultats suivants pour les valeurs A Pet "h" qui dépendent de AH. AH(%) h= 0,5 D h=D h=1,5D H=2D h=2,SD AP h AP h AP h h AP h à P h (Pa) (em) 264,78 58 -54 120 92 162 112 221 148 272 284,40 60 56 122 96 170 114 228 150 278 42 274,60 60 55 120 90 170 116 230- 152 280 62 264,78 60 54 121 92 172 112 226 150 280 264,78 58 54 120 92 173 112 223 150 280 En augmentant la vitesse linéaire et la variation H, la valeur P reste constante en raison de l'élimination du gradient des forces de -- gravité sans limitation de la hauteur de la couche dans les conditions d'expérimentation. Exemple 4 Dans un réacteur de synthèse d'ammoniac comportant un tube de réaction ayant un diamètre de 30 mm, on introduit du catalyseur de synthèse d'ammoniac dont les particules ont une dimension de 300 à 400 microns. La hauteur de la couche est 3,14 fois supérieure au diamètre du tube de réac- tion. L'appareil est logé dans le volume d'un solénoïde dont les enroule- ments sont traverses par un courant continu, engendrant ainsi un champ magnétique. La position du solénoïde le long de la couche fait varier le gradient axial du champ magnétique de 0 à 60 %. La réaction catalytique est effectuée sous une pression 10,20 et 30 MPa et à température de 500 C. Les taux de conversion évalués d'après la teneur en ammoniac du gaz con- -1 verti, pour une vitesse volumérique de 120 000 h,une vitesse linéaire de 0,2 m/s et pour une intensité du champ magnétique de 125 Oe, (9948 A/m) , sont comme suit: pression 10 MPa 20 MPa 30 MPa H (%) 0 30 60 0 30 60 0 30 60 %en vol, de % en vol. de 4,95 4,85 5,30 9,45 9,65 9,40 14,4 13,89 14,40 Ces données démontrent que la variation du gradient axial magné- tique A H ne provoque pas de modification du taux de conversion, ce qui signifie que la stabilisation par gradientde la couche ne provoque pas de défauts de structure et un contact non efficace au cours du processus catalytique. Exemple 5 Dans un tube de verre organique ayant un diamètre de 80 mm, on introduit sur une hauteur de 100 mm, une couche de particules ferromagnéti- ques ayant une dimension de 150 à 215 microns. Le tube est logé dans le volume d'un solénoïde, dans les enroulements duquel passe un courant con- tinu. L'intensité du champ est 180 0e (14 324 A/m). La position axiale du solénoide engendre un gradient le long de la couche, qui atteint 100 % par rapport à l'intensité du champ magnétique qui l'engendre. Après avoir établie la vitesse minimale de fluidisation, on fait circuler à travers la couche, de l'air pollué contenant des poussières ayant une dimension particulaire pouvant atteindre 25 microns. Le taux de purification obtenu en sortie de la couche est de 99,4 à 99,9 %. Le taux élevé de purification est la preuve de l'homogénéité structurelle de la couche. L'augmentation du volume libre accrolt la capacitéde filtration de la couche stabilisée par gradient. REVENDICATIONS 1. Procédé de stabilisation magnétique de couches fluidiques de particules ferromagnétiques, qui consiste à placer lesdites couches flui- diques dans un champ magnétique, caractérisé en ce que le champ magnéti- que est à gradient axial et orienté parallèlement à la direction de fluidi- sation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique est colinéaire à la direction de fluidisation.