Brevet FR2650963A1 — publié le 19910222

Colonne de transfert de matières. L'invention concerne une colonne de transfert de matières, comprenant des plateaux perforés superposés dans l'enveloppe de la colonne et destinés à la dispersion et au mélange transversal des milieux passant dans la colonne. Une colonne de-transfert de matières connue est la colonne à plateaux perforés, dans laquelle des plateaux perforés sont répartis axialement et sont fixes rigidement. La colonne à plateaux perforés est utilisée, de préférence, pour l'extraction à contre-courant liquide-liquide. La phase la plus légère est amenée par le bas, tandis que le dosage de la phase lourde s'effectue par le haut. Des gouttelettes de liquide de l'une des phases sont formées par les plateaux perforés. La formation de gouttelettes représente une augmen- tation de la surface de phase. Le transfert de matières devient meilleur. On s'est efforcé, de bien des façons, d'améliorer le transfert de matières dans les colonnes de transfert de matières. Pour obtenir un transfert de matières optimum, un grand nombre de paramètres ont de l'importance. Un bon transfert de matière dépend essentiellement d'un bon mélange des deux phases. On a constaté que la-colon- ne à plateaux perforés est parcourue verticalement par des canaux de phase en forme de veines. Ce phénomène devient plus marqué lorsque le diamètre de la colonne augmente, de sorte qu'il faut une colonne de grande longueur pour obtenir une bonne extraction. On connalt une colonne à plateaux perforés (Chemi- cal Engineering, Programme No 13, Volume 50, 1954, pages 14 et 17), qui comporte un dispositif de mélange constitué d'un plateau répartiteur qui est interposé entre les plateaux per- forés et du plan duquel font saillie des plaques d'angle inclinées d'un angle de 30 environ. Les plaques d'angle sont obtenues en courbant le plateau répartiteur, en ménageant, en-dessous des plaques d'angle, des passages qui sont recou- verts par les plaques d'angle. Cette structure applique, en partie, aux liquides dans une colonne pulsée, un tourbillon- nement, qui donne un bon mélange transversal, et donc un meilleur transfert de matières entre les phases. Il est connu (demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne No 35 06 693) de disposer des éléments statiques de mélange entre deux plateaux perforés pour amé- liorer le mélange transversal. Dans ces éléments de mélange est logé un écoulement en forme de canal, dans lequel la pha- se continue et la phase dispersée sont déviées de leur direc- tion verticale. Il s'ensuit un bon mélange transversal des phases. En utilisant des éléments statiques de mélange, on ménage dans la colonne, à côté des plateaux perforés, une grande surface métallique supplémentaire qui, de préférence, est mouillée par de l'eau. Une colonne d'extraction ainsi agencée convient donc bien lorsque la colonne fonctionne en continu en phase aqueuse. Au fur et à mesure qu'augmente la durée de fonc- tionnement, des phénomènes d'interface peuvent porter attein- te au transfert de matières dans la colonne. Il s'agit du mouillage indésirable des surfaces des plateaux perforés par la phase dispersée. Ce mouillage provoque un rétrécissement et un déplacement de la zone de travail de la colonne. Le débit devient plus petit, au point qu'il faut même arrêter la colonne pour y effectuer des opérations coûteuses de nettoya- ge et de lavage, afin de restaurer les bonnes propriétés hydrauliques initiales. L'invention vise une colonne de transfert de matières du type décrit au début du présent mémoire, qui, tout en ayant de bonnes capacités de transfert de matières, est très disponible. Ce problème est résolu, suivant l'invention, en ce que des plateaux fendus- sont répartis le long de l'axe de l'enveloppe de la colonne, sont munis de fentes parallèles et sont décalés les uns par rapport aux autres autour de leur axe de rotation, et en ce qu'un ou plusieurs plateaux fendus peuvent tourner par rapport aux autres autour de l'axe de la colonne, pour modifier en projection la surface transversale de passage. Si, lorsque le durée de fonctionnement augmente, le comportement dynamique de la colonne de transfert de matières se modifie, l'opérateur dispose, en déplaçant les plateaux fendus tournants, d'une possibilité d'intervention pour modi- fier la caractéristique de dynamique des fluides dans la colonne de transfert de matières. La zone de travail de la colonne peut être adaptée de l'extérieur, sans autre inter- vention systématique, aux conditions des matières et de fonc- tionnement. Grâce à la nouvelle conformation géométrique des plateaux de colonne, on influe à la fois sur le mécanisme de formation des gouttelettes et sur le comportement de mouil- lage. On suppose que la formation de gouttelettes s'effectue dans le champ d'écoulement par des forces de pression et de cisaillement. Pendant que la colonne de transfert de matières fonctionne, la zone de travail de la colonne peut être modi- fiée de l'extérieur par le fait que les surfaces libres en projection des plateaux fendus deviennent plus petites. Ceci provoque une augmentation de la vitesse d'écoulement qui se traduit par des turbulences et par un lavage des plateaux fendus. Les mouillages qui ont eu lieu entre-temps sont sen- siblement diminués. L'opérateur peut toujours régler la colonne de façon à obtenir la zone de travail la plus favo- rable ayant une grande puissance de séparation. Un avantage essentiel de l'invention est que l'on peut régler la colonne, en déplaçant les plateaux fendus pour d'autres systèmes de matières, sans avoir à démonter et à modifier de manière coûteuse les éléments qui y sont rappor- tés. En déplaçant les plateaux fendus, on établit la meil- leure section transversale de passage en projection, qui peut prendre des géométries différentes. Dans un mode de réalisation avantageux de l'inven- tion, les plateaux fendus sont disposés à distance les uns des autres et en étant décalés d'un certain angle les uns par rapport aux autres. Les phases de liquides sont obligées, lors de leur trajet dans la colonne, de modifier constamment leur voie d'écoulement. Si, par exemple, les plateaux sont disposés de façon que les fentes se trouvent exactement les unes au-dessus des autres, la partie de surface libre des plateaux montés correspond en projection exactement à la sur- face libre d'un plateau fendu. Si les plateaux fendus sont décalés, les uns par rapport aux autres, de 90 , les fentes se réduisent en projection à des carrés. Si l'on continue à faire tourner un plateau, les carrés se transforment en losanges. La proportion de surface libre apparaît donc rédui- te en projection. Mais la surface libre réelle n'est pas modifiée, car les plateaux sont à une certaine distance les uns des autres. Les phases dispersées et continues sont obli- gées de modifier leurs voies et leurs directions d'écoule- ment. Les composantes d'écoulement dirigées transversalement à l'axe de la colonne peuvent être ainsi influencées d'une manière déterminante. L'opérateur a la possibilité, en dépla- çant les plateaux fendus tournants, d'intervenir pour modi- fier la caractéristique de dynamique des fluides dans la colonne de transfert de matières, sans restreindre la zone de charge. Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, deux ou plusieurs plateaux fendus sont disposés en étant décalés les uns par rapport aux autres et en étant superposés sans distance entre eux, l'un au moins des pla- teaux fendus pouvant être déplacé. On modifie ainsi la pro- portion de surface libre réelle en faisant tourner un plateau fendu. On peut régler ainsi la colonne sur un autre débit, sans qu'elle opère dans une zone de fonctionnement qui n'est pas favorable à l'échange de matière. Suivant un autre mode de réalisation de l'inven- tion-, parallèlement à l'axe médian des plateaux -fendus, est monté un arbre en forme de vilebrequin, à l'aide duquel on peut faire tourner un ou plusieurs plateaux fendus par rapport aux autres plateaux fendus. Le vilebrequin s'étend à travers tous les plateaux fendus et, lorsqu'on le fait tour- ner, il entraîne par ses parties coudées les plateaux fendus correspondants. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, un ou plusieurs plateaux fendus comportent un noyau en fer, et, en dehors de la colonne, est prévu un aimant agissant sur le noyau en fer, ce qui constitue un dis- positif de déplacement sans contact des plateaux fendus. Par l'aimant se trouvant à l'extérieur, on peut modifier la posi- tion angulaire du plateau fendu muni d'un noyau de fer. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exem- ple: la figure 1 est une vue en perspective de quatre plateaux fendus disposés à distance, l'un au-dessus de l'au- tre, d'une colonne de transfert de matières, la figure 2 est une vue en élévation latérale cou- pée de trois plateaux fendus, suivant la ligne II-II de la figure 3, 6 2650963 la figure 3 est une vue en plan des trois plateaux fendus de la figure 2, et la figure 4 illustre une colonne de transfert de matières, dans laquelle sont montés des plateaux fendus et dans laquelle il est prévu un dispositif de déplacement des plateaux fendus. Les quatre plateaux fendus 11 à 14 représentés à la figure 1 sont fixés à une barre centrale 15 qui les traverse. Les plateaux fendus 11 à 14 sont à une certaine distance les uns des autres. Les plateaux fendus 11 à 14 sont munis de fentes 17 s'étendant parallèlement et chacun d'eux est décalé de 90 par rapport au plateau fendu précédent. - Les trois plateaux fendus 18 à 20, représentés aux figures 2 et 3, sont disposés à des distances différentes les uns des autres. Le deuxième plateau fendu 19 est décalé de par rapport au premier plateau fendu 18. Ces deux pla- teaux fendus 18 et 19 sont fixés rigidement à la barre cen- trale 15. Le troisième plateau 20 est réglable, c'est-à-dire qu'il peut tourner par rapport à l'axe de la colonne, à savoir par rapport à la barre centrale 15. Dans les positions représentées aux figures 2 et 3, le troisième plateau 20 est décalé de 45 . On voit, dans la projection de la figure 3, la pro- portion apparente de surface libre de la section transversale de la colonne, qui correspond à la surface des plateaux fen- dus. Cette proportion apparente de surface libre ne repré- sente que quelques pour cent de la section transversale libre de la colonne. En raison de cette réduction considérable, les phases dispersées et continues doivent modifier constamment leur direction lorsqu'elles passent dans la colonne. Les mou- vements des gouttelettes sont ainsi dirigés non seulement axialement, mais également horizontalement et augmentent donc la proportion en volume de la phase dispersée entre deux pla- teaux et dans toute la colonne. Cela se traduit par une amé- lioration du transfert de matières. 7 2650963 Dans l'enveloppe de la colonne 21, représentée schématiquement à la figure 4, est prévue une unité de mon- tage 23 comprenant plusieurs plateaux fendus 25 à 28, dispo- sés à distance les uns au-dessus des autres. Les plateaux fendus 25, 27 et 28 sont fixés à la barre centrale 15 et un plateau fendu 26 sur trois est monté tournant. Le plateau fendu 25 le plus haut repose sur un épaulement de l'enveloppe 31 et est vissé sur la barre centrale 15 par deux écrous 33. L'écrou 33 inférieur est bloqué par un contre-écrou 35, afin de pouvoir monter tournants les plateaux fendus 26 suivants. Des intervalles entre les plateaux fendus 26 à 28 sont main- tenus par des douilles d'entretoisement 37 ou devant les pla- teaux fendus tournants par les deux contre-écrous 33 et 35. A côté de la barre centrale 15 est monté un arbre en forme de vilebrequin 41 qui peut être entrainé en rotation de l'extérieur par une poignée 43. Le vilebrequin 41 passe dans les fentes de chaque plateau 25 à 28 et est guidé, au plateau le plus bas et au plateau le plus haut, dans des douilles 45 et 47 fixées aux plateaux-fendus 25 et 27. La poignée 43 se trouvant à l'extérieur de la tête de la colonne, à l'extrémité extérieure du vilebrequin, sert à faire tourner le vilebrequin 41. Le vilebrequin 41 a, sur sa longueur dans la région d'un plateau fendu 26 sur trois, une partie coudée 49 grâce à laquelle un plateau fendu 26 sur trois peut être tourné de 45 au maximum. Les deux plateaux fendus 27 et 28, se trouvant entre le plateau fendu 26 réglable, sont décalés l'un par rapport à l'autre de 90 . REVENDICATIONS 1. Colonne de transfert de matières, comprenant des plateaux perforés superposés dans l'enveloppe de la colonne et destinés à la dispersion et au mélange transversal des milieux passant dans la colonne, caractérisée, en ce que des plateaux fendus (11 à 14, 18 à 20, à 28) sont répartis le long de l'axe de l'enveloppe de la colonne (21), sont munis de fentes (17) parallèles et sont décalés les uns par rapport aux autres autour de leur axe de rotation (15), et en ce qu'un ou plusieurs plateaux fendus (20, 26) peuvent tourner par rapport aux autres autour de l'axe de la colonne, pour modifier en projection la surface transver- sale de passage. 2. Colonne de transfert de matières suivant la revendication 1, caractérisée, en ce que les plateaux fendus sont disposés à dis- tance les uns des autres et en étant décalés d'un certain angle les uns par rapport aux autres. 3. Colonne de transfert de matières suivant la revendication 1, caractérisée, en ce que deux ou plusieurs plateaux fendus sont disposés en étant décalés les uns par rapport aux autres et en étant superposés sans distance entre eux, l'un au moins des plateaux fendus pouvant être déplacé. 4. Colonne de transfert de matières suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée, en ce que, parallèlement à l'axe médian des pla- teaux fendus, est monté un arbre en forme de vilebrequin tournant, par lequel on peut faire tourner un ou plusieurs plateaux fendus par rapport aux autres plateaux fendus. 5. Colonne de transfert de matières suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée, en ce qu'un ou plusieurs plateaux fendus comportent un noyau en fer, et en ce que, en dehors de la colonne, est prévu un aimant agissant sur le noyau en fer.