Brevet FR2743508A1 — publié le 19970718

Domaine technique de l'invention:. L'invention concerne un appareillage de contact, de dparation,etlou d'échange de matières, relevant, notamment, du domaine du Génie Chimique. Etat de la technique antérieure De nombreuses opérations unitaires de Génie Chimique telles que la distillation, l'extraction liquide-liquide, la filtration ou le lavage méthodique de solides, requièrent la présence d'un contre-courant ou d'un reflux. Ces flux, souvent indispensables au bon déroulement de l'opération, sont généralement obtenus par gravité, en utilisant la différence de densité de phases distinctes, lorsqu'une telle différence existe et est suffisante. Lorsque les forces susceptibles de créer un reflux ou un contre-courant sont absentes ou insuffisantes, comme c'est le cas lors des séparations en phase homogène ou en phases hétérogènes lorsque la différence de densité des phases est insuffisante, il devient nécessaire de recourir à d'autres moyens. Ainsi pour séparer des phases gazeuses par la mise en oeuvre de techniques de diffusion gazeuse, on doit à chaque étage de séparation assurer un reflux par extraction d'une partie des flux, suivie de la compression de celleì et de sa réinjection au sein du dispositif de séparation. De même, pour les opérations impliquant au moins une phase liquide et au moins une phase solide, on doit mettre en oeuvre une succession d'oprations, telle que filtration ou centrifugation, débatissage du gâteau, remise en suspension de celuici, pompage et enfin réintroduction vers le système de filtration. Les divers moyens qu'il convient alors de mettre en oeuvre sont souvent complexes à conduire et coûteux en appareillages et moyens de contrôle ; ils impliquent en outre des charges importantes en main d'oeuvre d'exploitation et d'entretien et un coût élevé en énergie. Ces moyens ont de plus une incidence négative sur la fiabilité de l'installation. Exposé de l'invention La présente invention se propose de remédier à tout ou partie de ces divers inconvénients en regroupanten un même dispositif les organes assurant les fonctions de séparation et de "recyclage". Par recyclage, il y a lieu d'entendre ici tout retour d'au moins un flux vers ou dans une enceinte, y compris l'établissement d'un reflux ou d'un contre-courant. La présente invention qui sera mieux comprise à la lecture des figures 1 à 6 annexes a donc pour objet un dispositif pour améliorer ou permettre le contact, la séparation et/ou l'échange de matières, regroupant en son sein les organes assurant les fonctions de séparation et de "recyclage", caractérisé en ce qu'il comprend une paroi (P1) susceptible de délimiter deux espaces (E1, E2) dans lesquels régneraient respectivement les pressions distinctes (Prl, Pr2) comportant: a) au moins un orifice (2) muni d'un obturateur (3) et b) au moins un organe de séparation (4) muni, le cas échéant, d'un obturateur (5), et en ce que l'orifice (2), son obturateur (3), l'organe de séparation (4) et, le cas échéant, l'obturateur (5) sont dispos et/ou manoeuvrables de façon telle qu'un flux de matière qui résulterait d'une différence des pressions Prl et Pr2 de part et d'autre de la paroi (P1) traverse le(s) orifice(s) (2) lorsque Prl est supérieure à Pr2 et le(s) organe(s) de séparation (4) lorsque Pr2 est supérieure à Prl. Selon un mode particulier de réalisation, l'obturateur (3) et l'organe de séparation (4) muni le cas échéant de l'obturateur (5) peuvent être réunis en un même élément mécanique ainsi que le représente la figure 2 annexée. Selon un autre mode particulier de réalisation, l'organe de séparation (4) peut être l'élément constitutif de la paroi (P1), l'obturateur (5) étant supprimé, ainsi que le représente la figure 3 annexée. La présente invention a également pour objet une enceinte munie d'organes d'alimentation et d'évacuation caractérisée en ce que: a) elle renferme une pluralité (N) de dispositifs définis ci-avant, identiques entre eux ou différents, dont les parois (P1 à PN) délimitent un nombre (N+1) d'espaces (El à EN+1), géométriquement identiques ou différents; b) chaque étage forme d'une paroi (Px) douze d'au moins un orifice (2), de son obturateur (3), d'au moins un organe de séparation (4) et, le cas échéant, de son obturateur (5) est disposé et/ou manoeuvrable de façon telle qu'un flux de matière qui résulte d'une différence des pressions Prx et Prx+l de part et d'autre de la paroi (Px) traverse le(s) orifice(s) (2) lorsque Prx est supérieure à Prx+l et le(s) organe(s) de séparation (4) lorsque Prx+i est supérieure à Prx, et en ce que c) l'ensemble des étages est dispose et/ou manoeuvré de telle sorte que tout ou partie dudit flux de matière traverse l'ensemble. Le dispositif selon l'invention comprend, comme indiqué précédemment et représente notamment sur la figure 1, une paroi (P1) qui comporte au moins un organe de séparation (4). Cet organe pourra être choisi en fonction de l'utilisation particulière du dispositif parmi, notamment, les filtres, les barrières de diffusion gazeuse et les organes d'adsorption, d'absorption, d'ultrafiltration, d'osmose inverse connus de l'homme de l'art et destinés à modifier la composition des milieux les traversant. Ces organes séparateurs (4) peuvent être munis d'obturateurs (5). Bien entendu, les obturateurs (3) et, lorsqu'ils sont présents les obturateurs (5) sont mobiles. D'autres variantes et/ou caractéristiques avantageuses susceptibles d'être pré- senties par le dispositif selon l'invention apparaîtront à la lecture de ce qui suit. L'invention a également pour objet une enceinte renfermant une pluralité de tels dispositifs. Une telle enceinte (D) est représentée schématiquement sur la figure 4 annexée. Un nombre (N) d'éléments (Px), non nécessairement dimensionnellement identiques, délimitant (N+1) espaces (E) non nécessairement égaux, sont disposés dans l'enceinte (D) munie, outre ses dispositifs usuels de vidange, de sécurité, de contrôle ou d'inspection non représentés, de divers dispositifs d'alimentation (vox) et d'évacuation (VVB). Selon un mode de fonctionnement particulièrement avantageux, le milieu à traiter introduit dans l'enceinte est soumis, par tout moyen approprié tel que, admissions pulsées des flux à traiter, soutirages pulsés des produits obtenus, moyens électriques, mécaniques, externes ou internes, à des pulsations alternes de pression. Pour chaque dispositif, selon la figure 1, lorsque la pression Pr2 est supérieure à la pression Prl, les obturateurs (5), s'ils existent, sont mis, spontanément sous l'effet de la différence de pression ou par commande externe, en position ouverte; dans le même temps, de façon semblable, les obturateurs (3) sont fermés. Sous l'effet de la différence de pression, le milieu contenu dans l'espace (E2) est dirigé vers l'espace (E1) au travers des errements séparateurs (4) et subit tout ou partie des changements de composition désirés. Lorsque l'alternance des pulsations de pression conduit la pression Prl à devenir supérieure à la pression Pr2, les obturateurs (3) sont ouverts, les obturateurs (5), s'ils existent, sont fermés. Le milieu contenu dans l'espace (E1) passe sous l'effet de la différence de pression vers l'espace (E2) au travers des orifices (2), constituant ainsi le reflux, le recyclage ou le contre-courant déviré. La pulsation suivante inverse à nouveau la différence des pressions Prl et Pr2 et par conséquent le sens des flux traversant ltélément. La succession apériodique des pulsations dont la durée et l'amplitude dépendent, comme le nombre et les caractéristiques dimensionnelles des dispositifs, de la composition et des débits des milieux à traiter, permet, appliquée à la totalité des éléments de l'enceinte (D), d'obtenir l'effet de reflux ou de contre-courant semblable à celui obtenu habituellement dans les colonnes à distiller, les colonnes d'extraction liquide-liquide ou les systèmes de lavage-extraction méthodique des solides. Selon un mode particulier de réalisation, l'ouverture des obturateurs (3) peut, lorsque la pression Prl devient supérieure à la pression Pr2, être retarde par tout moyen approprie tel que, notamment, la commande extérieure et l'utilisation de clapets tarés, afin de provoquer une circulation partielle en sens contraire dans les organes séparateurs (4) facilitant, selon le contexte d'utilisation, les opérations de décolmatages, régénérations, désorptions et tendant à maintenir, prolonger ou restaurer les propriétés dparatives desdits organes. Selon un autre mode particulier de réalisation non illustré, les espaces situés entre les organes de séparation peuvent être pourvus d'éléments turbulateurs ou pulsateurs, mus mécaniquement, électiquement ou par l'effet de pulsations de pression afin, notamment dans le cas du traitement de milieux compressibles, de créer les pulsations nécessitées pour une bonne mise en oeuvre de l'invention, ou de remédier à leur atténuation résultant des pertes de charge subies par le milieu lors du franchissement des organes de séparation. Selon une autre variante de réalisation, appropriée au traitement des gaz, la figure 5 représente une enceinte plus particulièrement destinée à une opération de dpara- tion des gaz de l'air. Une enceinte (D) de section sensiblement circulaire, contient (N) dispositifs selon l'invention, sensiblement plans (P1, P2, ... Px, ..., PN-2, PN-1, PN) dont le nombre et les caractéristiques peuvent être déterminés de manière en soi connue par l'homme de l'art, en fonction, notamment, des pressions, débits et compositions opératoires ainsi que des performances des modules de diffusion gazeuse (4) qui ne comportent pas d'obturateurs. Les obturateurs (3) sont des clapets rappelés par leur propre poids. L'appareil est muni d'un système mécanique llsatoire constitué d'une pluralité (N) de plateaux rigides (Al, A2,... AN-1, AN) i; tiques ou différents, n'occupant pas la totalité de la section de l'enceinte (D) tués entre les dispositifs selon l'invention et relis entre eux par un arbre (Z), traversant perpendiculairement et de façon sensiblement étanche lesdits éléments . L'ensemble arbre-plateaux est mu par un moteur pneumatique (M), engendrant des mouvements oscillatoires, d'amplitude et de fréquence contrôlées parallèlement à l'axe (Z) de l'enceinte (D). Chacun des plateaux (A1, A2,... AN-1, AN) est donc analogue à un piston non étanche, mu alternativement dans l'espace séparant deux dispositifs selon l'invention. L'air, admis à pression constante en (V1) est fractionné dans l'appareil en un flux enrichi et un flux appauvri en oxygène qui sont collectés respectivement en V2 etV. Bien entendu, les moyens de contrôle, d'analyse et de sécurité du système ne sont pas représentés. Selon une autre variante de réalisation, appropriée au traitement des solides par les liquides, la figure 6 représente une enceinte plus particulièrement destinée à une opération d'extraction méthodique de principes aromatiques contenus dans un substrat végétal, ligneux, broyé et ne décantant pas dans le solvant d'extraction choisi. L'enceinte (D) contient (N) dispositifs (P1, P2,... PN-1, PN) selon l'invention dont le nombre et les caractéristiques peuvent être déterminés de manière en soi connue par l'homme de l'art en fonction, notamment, des débits et compositions opératoires, ainsi que des performances des filtres (4) qui ne comportent pas d' obturateurs. Les obturateurs (3) sont des clapets rappelés par des ressorts tarés de façon à provoquer, lorsque le flux tend à emprunter les orifices (2), un contre-courant temporaire dans les filtres (4) facilitant le décolmatage desdits filtres ainsi que le débatissage des amas de solides éventuellement constitués. La partie supérieure de l'enceinte (D) comporte une poche (R) de gaz inerte maintenue sous pression. La bouillie vierge à traiter, constituée d'un mélange du broyat végétal avec une quantité appropriée de solvant, est admise en (Vi) sous le dispositif (PN). Le solvant pauvre, neuf et/ou régénéré est admis par flux périodique en (V2) dans la partie inférieure de (D) alors que la bouillie épuisée, soutirée en (V4) vers un réservoir non représenté, maintenu à une pression voisine de la pression atmosphé- rique, est extraite également de manière périodique. L'alimentation en (V2) et le soutirage en (V4) sont alternés de façon que des flux alternés en résultent dans l'enceinte (D), circulent à travers l'ensemble des dispositifs selon l'invention qu'elle contient et, par suite, conduisent à l'effet désiré de filtrations et recyclages successifs. Le flux de solvant enrichi en principes aromatiques dissous est extrait en (V3), en tête de l'enceinte (D), pour être traité dans un système de régénération non représenté où sont ecuperes les principes aromatiques initialement contenus dans la bouillie vierge. Les applications industrielles de l'invention se situent dans les domaines suivants - Séparation des gaz: - Enrichissement isotopique en U235 d'un flux gazeux, mélange de U238 F6 et de U235 F6. - Séparation des gaz de l'air : oxygène, azote, gaz rares. - Séparation de molécules chimiques formant azéotrope. - Contacts gaz-solides: - Imprégnation ou traitement chimique de phases solides peu denses. - Catalyse hétérogène avec extraction - régénération - recyclage de catalyseur. - Réactions gaz - solide. - Contacts liquide-solide: - Traitements de minerais à faible densité apparente. - Lavage méthodique de cristaux. - Catalyse hétérogène de réactions chimiques avec extraction - régénéradon recyclage de catalyseur. - Extraction d'arômes, de principes pharmaceutiques. - Purification de produits alimentaires. - Dissolutions de solides. - Traitements d'effluents, dCtoxication des solides. Contacts gaz-liquide-solide: - Réactions chimiques gaz-liquide en catalyse hétérogène (hydrogénations, oxydations, alkylations ...). - Séparations liquide-liquide homogènes: - Osmosé inverse, échanges d'ions. Les industries concernées sont les suivantes: - Les producteurs de combustible nucléaire. - Les producteurs de gaz industriels. - Les industries de dépollution. - Les industries alimentaires, pharmaceutiques, chimiques et pétrolières. - Les industries minéralières. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour améliorer ou permettre le contact, la séparation et/ou 1' échange de matières regroupant en son sein les organes assurant les fonctions de séparation et de "recyclage", caractérisé en ce qu'il comprend une paroi (P1) susceptible de délimiter deux espaces (E1, E2) dans lesquels régneraient respectivement les pressions distinctes (Pn, Pr2) comportant: a) au moins un orifice (2) muni d'un obturateur (3) et b) au moins un organe de séparation (4) muni, le cas échéant, d'un obturateur (5), et en ce que l'orifice (2), son obturateur (3), l'organe de séparation (4) et, le cas échéant, l'obturateur (5) sont disposes et/ou manoeuvrables de façon telle qu'un flux de matière qui résulterait d'une différence des pressions Prl et Pr2 de part et d'autre de la paroi (P1) traverse le(s) orifice(s) (2) lorsque Prl est supérieure à Pr2 ou le(s) organe(s) de séparation (4) lorsque Pr2 est supérieure à Prl. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur (3) et l'organe de séparation (4) muni le cas échéant de l'obturateur (5) sont réunis en un même élément mécanique. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' organe de séparation (4) est l'élément constitutif de la paroi (P1). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice (2), son obturateur (3), l'organe de séparation (4) et, le cas échéant, l'obturateur (5) sont disposés et/ou manoeuvrables de façon telle que les flux de matière qui résulteraient d'une différence des pressions Prl et Pr2 de part et d'autre de la paroi (1) traversent alternativement le(s) orifice(s) (2) lorsque Prl est supérieure à Pr2 ou le(s) organe(s) de séparation (4) lorsque Pr2 est supérieure à Pn, sous l'effet de pulsations alternées de pression. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture de 1' (des) obturateur(s) (3) peut être retardée par rapport à l'instant où la pression Prl devient supérieure à la pression Pr2. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fermeture de 1' (des) obturateur(s) (5) peut être retardée par rapport à l'instant où la pression Pr1 devient supérieure à la pression Pr2. 7) Enceinte munie d'organes d'alimentation et d'évacuation caractérisée en ce que: a) elle renferme une pluralité (N) de dispositifs selon l'une quelconque des revendications précédentes, identiques entre eux ou différents, dont les parois (P1 à PN) délimitent un nombre (N+1) d'espaces (E1 à EN+1), géométriquement identiques ou différents; b) chaque étage formé d'une paroi (Px) dotée d'au moins un orifice (2), de son obturateur (3), d'au moins un organe de séparation (4) et, le cas échéant, de son obturateur (5) est disposé et/ou manoeuvrable de façon telle qu'un flux de matière qui résulte d'une différence des pressions Prx et Prx+l de part et d'autre de la paroi (Px) traverse le(s) orifice(s) (2) lorsque Prx est supérieure à Prx+l et le(s) organe(s) de séparation (4) lorsque Prx+l est supérieure à Prx, et en ce que c) l'ensemble des étages est disposé et/ou manoeuvré de telle sorte que tout ou partie dudit flux de matière traverse l'ensemble. 8) Enceinte selon la revendication 7, caractérisée en ce que les divers étages qu'elle renferme sont capables de réagir à des pulsations de pression et de laisser passer des flux alternés de matières. 9) Enceinte selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle renferme egale- ment, dans tout ou partie des espaces délimitées par les parois (P1 à PN), un ou plusieurs élément(s) mobile(s) actionnables pour créer et/ou renforcer les pulsations des flux altemés.