Brevet FR2652441A1 — publié le 19910329

--' DESCRIPTION Le domaine de L'invention est celui des colonnes puLsé-es annuLaires à l'intérieur desqueLLes sont en présence une phase lourde et une phase Légère et dont Le fonctionnement entraîne la présence de dégagements gazeux entravant Le rendement de L'opération de séparation des deux phases. L'invention concerne en particulier, un Limiteur d'entraînement de La phase Lourde dans La phase légère, provoqué par la présence de dégagements gazeux. La plupart des colonnes pulsées sont utilisées pour mettre en contact deux phases constituées de deux liquides immiscibles, ou d'un liquide et d'un solide à l'état divisé. Cette mise en contact se fait généralement à contre courant des deux phases. Les colonnes comportent une partie supérieure munie d'une entrée, de la phase lourde et d'une sortie, de la phase légère. La partie centrale cylindrique d'axe vertical est munie de garnissage constitué par exemple de plateaux perforés ou de chicanes, destines à favoriser le contact entre les deux phases. La partie inférieure comporte une entrée de la phase légère et une sortie de la phase lourde. Un système de pulsation permet d'engendrer un mouvement oscillatoire de l'ensemble des phases en présence à l'intérieur de la colonne pulsée. Ce type de coLonnes puLsées trouve de nombreuses applications dans Le domaine nucLéaire, o ces coLonnes sont utiLisées fréquemment pour Le traitement des solutions de combustibles irradiés, par extraction par solvant. IL est à noter que le risque d'apparition d'une réaction nucléaire en chaîne au sein des liquides présents dans les colonnes pulsées, impose certaines contraintes. En particulier, pour permettre un fonctionnement avec une concentration importante de produits fissiles, les colonnes pulsées sont de forme annulaire. Dans les colonnes pulsées d'extraction liquide-liquide, fonctionnant en phase lourde continue, des dégagements gazeux sont formés, soit par réaction chimique, soit par l'injection de gaz, par exemple l'air issu des mesures faites par bulLage. En référence à la figure 1, les bulles de gaz 2 sont porteuses d'un film liquide de phase lourde qui se fractionne en fines gouttelettes, appelées gouttes de film et repérées 4, sur la figure 1. En référence à la figure 2, le franchissement de l'interface 6 par les bulles de gaz 2 entraîne la formation de gouttes de phases lourdes, appelées gouttes de jet et rep4rées 8, sur la figure 2. Une fonction importante en colonne pulsée étant la séparation poussée des phases légère et lourde, il est primordial de réduire l'entraînement de phase lourde dans la phase légère qui se produit lorsqu'un flux gazeux ascendant traverse l'interface des deux phases. Le but de l'invention est de résoudre ce problème. A cet effet, L'objet principal de L'invention est une coLonne pulsée de structure annulaire comprenant au moins un décanteur supérieur constitué d'une partie inférieure annulaire tronconique surmontée d'une partie centrale cylindrique. Ladite colonne fonctionne avec deux phases Liquides, l'une lourde, l'autre légère, toutes deux mises en contact l'une de l'autre, L'interface entre la phase légère et La phase lourde se trouve dans La partie centrale cylindrique du décanteur supérieur: le fonctionnement de la colonne pulsée entraîne la présence d'un flux gazeux ascendant sous forme de bulles dans la phase lourde montant jusque dans la phase légère et provoquant la présence de phase lourde dans la phase légère. Le décanteur supérieur comporte au moins une canalisation de sortie de la phase légère dans La partie supérieure externe de la partie cylindrique. Selon l'invention, la colonne pulsée comprend un limiteur d'entraînement de phase lourde dans la phase légère constituée d'une virole cylindrique de séparation dans la partie cylindrique du décanteur supérieur, coaxiale avec la structure annulaire et délimitant une partie interne et une partie externe de la partie cylindrique et dont l'extrémité inférieure se trouve en bas de la partie cylindrique et l'extrémité supérieure dans la phase légère, au-dessus du niveau de la canalisation de sortie, pour collecter lesdites bulles de gaz dans la partie interne et les évacuer au-dessus de la phase Légère. De cette manière, la sortie de la phase Légère se fait par la partie externe de la partie cylindrique en l'absence de particules de phase lourde, ces dernières restant prisonnières dans la partie interne pour retomber au niveau de l'interface. Selon un aspect de l'invention, il est prévu, à L'extrémité- supérieure de la virole, des créneaux de passage pour faire communiquer la phase légère décantée de la partie interne avec la phase légère de La partie externe, ces créneaux de passage étant les plus éloignés possible des canalisations de sortie de la phase légère. Un mode préférentiel de réalisation de l'invention prévoit que les canalisations de sortie sont au nombre de deux et sont placées à 180 l'une de l'autre. Dans ce cas, deux créneaux de passage sont placés à 180 l'un de l'autre et disposés angulairement à 90 de chaque canalisation de sortie. L'invention prévoit des évents places au-dessus de la phase légère pour évacuer les gaz extraits des deux phases. L'invention et ses différentes caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit, donnée à titre indicatif mais non limitatif, et qui est annexée des figures représentant respectivement: - figures 1 et 2, le phénomène d'entraînement de phase Lourde dans la phase légère en présence d'un flux gazeux ascendant; figure 3, une coupe latérale d'un décanteur supérieur d'une colonne pulsée selon l'invention; et - figure 4, la partie supérieure du décanteur supérieur de la colonne pulsée selon l'invention. En revenant à la figure 3, une telle colonne pulsée contient donc une phase lourde 10 et une phase légère 20. Lorsqu'il s'agit de traitement des solutions de combustibles irradiés par extraction par soLvant, La phase lourde correspond à La phase aqueuse et La phase légère correspond au soLvant. Ces deux phases sont séparées par un interface 12 qui se trouve, dans Le cas des colonnes pulsées fonctionnant en phase lourde continue, dans la partie supérieure de la colonne pulsée, et plus exactement dans te décanteur supérieur 14. Celuici prolonge la partie centrale de la colonne pulsée par une partie tronconique annulaire 22 surmontée d'une partie cylindrique annulaire 18, à l'intérieur de laquelle se trouve l'interface 12. Au niveau de la limite supérieure de La phase légère 20, se trouve au moins une canalisation de sortie 24 de cette phase légère. On rappelle que dans ce type de colonnes pulsées, on est en présence de bulles de gaz 26 issues de la partie centrale de la colonne pulsée et dues au fonctionnement de l'ensemble. L'invention consiste à utiliser la paroi interne 28 de la partie tronconique 22 du décanteur supérieur 14 pour capter Les bulles de gaz 26 qui continuent leur ascension dans le décanteur supérieur, plaquées contre cette paroi interne tronconique 28. Ces bulles 26 se trouvent donc rassemblées sur la paroi interne 30 de la partie cylindrique 18, aucune de ces bulles 26 ne pouvant se trouver vers la paroi externe 32 de la partie cylindrique 18 du décanteur supérieur 14. Le dispositif limiteur d'entraînement de la phase lourde dans la phase légère se complète alors d'une virole 34 cylindrique de séparation, placée dans la partie cylindrique 18 du décanteur supérieur 14. Cette virole 34 est coaxiale avec les parois interne 30 et externe 32 de la partie cylindrique 18. Elle partage donc l'espace annulaire du décanteur supérieur 14 en une partie interne 36 et une partie externe 38 de la partie cylindrique 18. Les bulles de gaz 26 -étant plaquées contre la paroi interne tronconique 28, pendant leur ascension, elles restent à proximité de la paroi interne 36 de la partie cylindrique 18. La virole 34 les empêche de pénétrer dans la partie externe 38 qui reste exempte de bulles de gaz. L'extrémité inférieure 40 de la virole se trouve au niveau de la jonction de la partie tronconique 22 et de la partie cylindrique 18. L'extrémité, supérieure 42 de la virole 34 se trouve au-dessus de la limite supé-rieure de la phase Légère 20. On comprend que de cette manière, la phase légère 20 sortant par les canalisations de sortie 24, placées sur la partie externe 38 de la partie cylindrique 18, est exempte de phase lourde entraînée par d'éventuelles bulles de gaz. Lorsque les bulles 26 continuent leur ascension dans la partie interne 36, elles franchissent l'interface 12, avec ou sans phase lourde, et franchissent ensuite la limite supérieure de la phase légère 20 pour se trouver dans une chambre supérieure 44 du décanteur supérieur 14. L'évacuation de ces gaz peut se faire à l'aide d'évents 46 places en haut de cette chambre supérieure 44. Les quelques particules de phase lourde entraînées dans la phase Légère, dans la partie interne 36 de la partie cylindrique 18, se détachent des bulles de gaz et ont tendance à retomber dans la phase lourde 10 au niveau de l'interface 12. En référence à la figure 4, la Limite supérieure de la phase légère de la partie interne 36 étant exempte de phase lourde, on prévoit de faire communiquer la partie interne 36 avec la partie externe 38, de manière à récupérer cette phase légère décantée. A cet effet, on utilise au moins un créneau de passage 48 placé dans l'extrémité supérieure 42 de la virole 34. Ce créneau de passage 48 descend au moins jusqu'au niveau supérieur de la phase Légère de manière à créer une communication entre Les parties interne 36 et externe 38. Dans la réalisation représentée, il est prévu deux canalisations de sortie 24, disposées angulairement à 180 L'une de l'autre. Dans ce cas, on utilise deux créneaux de passage 48 disposés également à 180 l'un de l'autre, mais décaLés angulairement de 90 par rapport aux canalisations de sortie 24. Ceci dans Le but de les situer Le plus loin possible de ces canalisations de sortie 24, de manière à prolonger au maximum le phénomène de décantation dans la phase légère, au cas o quelques particules de phase lourde franchiraient Les créneaux de passage 48. De manière générale, les créneaux de passage 48 sont disposes le plus Loin possible des canalisations de sortie 24. L'invention peut être appliquée de préférence à un système liquideliquide constitué des deux phases suivantes: - une phase lourde aqueuse, constituée de HNO3 à 0,01 N et de 80 g d'uranium/l; - une phase légère organique composée de HNO3 à 0,001 N et de 75 g d'uranium/L avec 30 % de phosphate de tributyle dans le tétrapropylène hydrogéné. Avec un d4-canteur supérieur de diamètre moyen 4gal à 900 mm, une viroLe de 570 mm de hauteur, avec deux canalisations de sortie et deux créneaux de passage de 300 mm de Largeur et de 40 mm de profondeur en dessous du niveau des canalisations de sortie, avec un débit spécifique de phase légère égal à environ 0,7 l/h/cm2 et un débit de gaz simulé égal à 0,12 L/h/cm2, la présence de la virole constituant le limiteur d'entraînement de phase lourde dans la phase légère, permet d'obtenir cinquante fois moins de phase lourde dans la phase légère que lorsque l'on n'utilise pas un tel limiteur d'entraînement. REVENDICATIONS 1. Colonne puLsée de structure annulaire comprenant au moins un décanteur supérieur (14), lui-même constitué d'une partie inférieure annulaire tronconique (22) surmontée d'une partie centraLe cylindrique (18), la colonne fonctionnant avec deux phases liquides, l'une lourde (10), l'autre légère (20), mises en contact l'une de l'autre, L'interface (12) entre La phase légère (20) et la phase Lourde (10) se trouvant dans la partie centrale cylindrique (18) du décanteur supérieur (14), le fonctionnement de la colonne pulsée entraînant la présence d'un flux gazeux ascendant sous forme de bulles (26) dans la phase lourde (10) qui montent jusque dans la phase légère (20), provoquant la présence de phase lourde dans la phase légère, le décanteur supérieur (14) comportant au moins une canalisation de sortie (24) de la phase légère (20) dans la partie cylindrique (18), la colonne étant caractérisée en ce qu'elle comprend un limiteur d'entraînement de la phase lourde (6) dans la phase légère (20) constitué d'une virole cylindrique (34) dans la partie cylindrique (18), coaxiale avec cette partie cylindrique (18) délimitant ainsi une partie interne (36) et une partie externe (38) de la partie cylindrique (18) et dont l'extrémité inférieure (40) se trouve en bas de la partie cylindrique (18) et l'extrémité supérieure (42) se trouve dans la phase légère (20) et au-dessus du niveau de la canalisation de sortie (24), pour collecter lesdites bulles de gaz (26) dans la partie interne (36) et pour les évacuer au-dessus de la phase légère (20). 2. Colonne puLsée selon La revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des créneaux de passage (48) dans l'extrémité supérieure (42) de la virole (34) pour faire communiquer la phase légère de la partie interne (36) avec la phase Légère de la partie externe (38), ces créneaux de passage (48) étant les plus éloignés possible des canalisations de sortie (24) de la phase légère (20). 3. Colonne pulsée selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend deux canalisations de sortie (24) placées angulairement à 180 l'une de l'autre, et deux créneaux de passage (48), places angulairement à 180 l'un de l'autre et à 90 de chaque canalisation de sortie (24). 4. Colonne pulsée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des évents (46) placés au-dessus de la phase légère (20) pour évacuer les gaz extraits des deux phases.