Brevet FR2805759A1 — publié le 20010907

présente invention concerne un procédé d'adsorption réversible solide/gaz, ainsi qu'un dispositif à adsorption pour la mise oeuvre d'un tel procédé. sait qu'un dispositif à adsorption réversible solide/gaz de ce type comporte généralement au moins un réacteur qui comprend une en ceinte contenant un adsorbant. Un tel réacteur utilise des adsorbants, tels que la zeolithe, pour capter une vapeur liquide, par exemple de l'eau, et fonctionne sous des pressions partielles comprises entre 0 millibar et plusieurs centaines de millibars. On sait de plus que les adsorbants doivent être régénérés par chauffage à des températures comprises entre 100 C et 350 C. réacteurs de ce type, principalement destinés à machines frigorifiques, sont par exemple connus par les documents A-2 693 542, FR- 704 631, FR-A-2 721 696, FR-A-2 749 377 et US-A-5 333 471. sait de plus qu'un tel procédé d'adsorption met ceuvre, de façon répétitive, des cycles comprenant les trois phases successives sui vantes sont réalisées sous vide - une phase d'adsorption, pendant laquelle on met l'enceinte contenant l'adsorbant en communication avec une cuve contenant produit à adsorber ; - une phase de régénération, pendant laquelle on met ladite enceinte contenant l'adsorbant en communication avec un système conden sation, on isole ladite enceinte par rapport à ladite cuve, et on réchauffe ledit adsorbant ; et - une phase de refroidissement, pendant laquelle on isole ladite enceinte et on refroidit ledit adsorbant. De façon usuelle, pendant la phase de refroidissement de chacun desdits cycles, on refroidit l'adsorbant jusqu'à atteindre une temperature minimale prédéfinie, par exemple de 60 C. Dès que cette température mi nimale prédéfinie est atteinte, on met l'enceinte (contenant l'adsorbant) en communication avec la cuve (contenant le produit à adsorber) de manière à déclencher la phase d'adsorption du cycle suivant. Cette mise en communication entraîne une brusque variation de la pression, due à la différence de pression existant entre la cuve l'en ceinte, jusqu'à l'obtention d'un équilibre en pression entre ces deux élé ments. Cette variation de pression qui est importante et très brutale est, en particulier, susceptible d'endommager le produit à adsorber. De plus, un refroidissement du type précité est long et énergétiquement coûteux. La présente invention concerne un procédé d'adsorption optimisé permettant de remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé d'adsorption réversible solide/gaz, utilisant un dispositif à adsorption comportant au moins un ré acteur qui comprend une enceinte contenant un adsorbant, procédé selon lequel on met en oeuvre, de façon répétitive, des cycles comprenant les trois phases successives suivantes qui sont réalisées sous vide - une phase d'adsorption, pendant laquelle on met l'enceinte contenant l'adsorbant en communication avec une cuve contenant un produit à adsorber; - une phase de régénération, pendant laquelle on isole ladite enceinte par rapport à ladite cuve et on réchauffe ledit adsorbant ; et - une phase de refroidissement, pendant laquelle on isole ladite enceinte et on refroidit ledit adsorbant, est remarquable en ce qu'au moins pour l'un desdits cycles, au moins pendant la phase de refroidissement, on mesure de façon répétitive au moins la pression dans ladite enceinte contenant ledit adsorbant, et en ce que l'on met ladite enceinte en communication avec ladite cuve, pour dé clencher la phase d'adsorption du cycle qui suit, lorsque la pression ainsi mesurée correspond, à une marge prédéfinie près, à la pression régnant dans ladite cuve. Ainsi, grâce à l'invention, lors de la mise en communication de l'enceinte et de la cuve, leurs pressions respectives sont sensiblement égales de sorte qu'aucune variation de pression (brusque et dommageable) n'est engendrée, ce qui permet de supprimer tout risque d'endommage ment du produit à adsorber. De plus, comme de façon connue l'égalité de pressions a lieu avant l'obtention de la température minimale prédéfinie précitée, l'arrêt conforme à l'invention de la phase de refroidissement au moment où a lieu cette égalité de pressions entraîne une réduction de la durée de la phase de refroidissement, par rapport aux phases de refroidissement usuelles qui, comme indiqué précédemment, ne se terminent que lorsque cette température minimale est atteinte. En outre, comme la température, la pression et la quantité d'eau adsorbée sont trois paramètres liés entre eux, il est évident qu'une ad sorption associée à une stabilité de la pression entraîne une modification, en l'occurrence une baisse, de la température de sorte que, pendant la phase d'adsorption qui suit la phase de refroidissement considérée précé demment, la température de l'adsorbant continue à baisser de sorte que l'on puisse atteindre la température minimale précitée. De façon avantageuse, au moins pendant la phase de refroidisse ment, on mesure la pression régnant dans ladite cuve. Dans un premier mode de mise en oeuvre simplifié, avantageuse ment, au moins pour l'un desdits cycles - au moins pendant la phase d'adsorption, on mesure de façon répétitive la température dudit adsorbant ; et - lorsqu'au moins ladite température mesurée de l'adsorbant correspond, à une marge prédéfinie près, à la température d'un fluide de refroidis sement qui est utilisé pour refroidir ledit adsorbant pendant les phases de refroidissement et d'adsorption, on déclenche la phase de régénéra tion qui suit. Ainsi, la mesure d'un seul paramètre (température) est suffisante pour commander le déclenchement de la phase de régénération, ce simplifie la mise en #uvre du procédé. Toutefois, pour optimiser le déclenchement de ladite phase de ré génération, notamment en terme de coût énergétique, de façon avanta geuse, au moins pour ladite phase d'adsorption, on mesure de plus de çon répétitive la pression dans ladite enceinte contenant ledit adsorbant on détermine la variation de ladite pression, et on déclenche la phase de régénération qui suit, lorsque, en plus de la correspondance précitée des températures de l'adsorbant et du fluide de refroidissement, la pression ainsi mesurée commence à croître. En outre, dans un second mode de mise en oeuvre, de façon avan tageuse, au moins pour l'un desdits cycles - au moins pendant la phase d'adsorption, on mesure de façon répétitive la pression et la température de l'adsorbant ; et - on déclenche la phase de régénération, lorsque la pression et la tempé rature ainsi mesurées correspondent, à des marges prédéfinies près, à un couple de valeurs de pression et de température, faisant partie d'une liste prédéfinie de couples de valeurs de pression et de température. On notera que, dans le cadre de la présente invention, les déclen chements des différentes phases peuvent être réalisés manuellement, les informations obtenues grâce à l'invention servant alors uniquement à indi quer à un opérateur les instants auxquels il doit agir (ouverture ou ferme ture vannes, ...) pour réaliser ces déclenchements. Toutefois, de préfé rence, déclenchements sont réalisés automatiquement. Pour ce faire, la présente invention concerne également un disposi tif à adsorption susceptible de réaliser de tels déclenchements automati ques. Selon l'invention, ledit dispositif comportant - au moins un réacteur à adsorption qui comprend une enceinte conte nant adsorbant; - une cuve susceptible de contenir un produit à adsorber ; - de préférence un système de condensation commandable ; - un système de chauffage commandable ; - un système de refroidissement commandable ; - des premiers moyens pour créer le vide ; et - des seconds moyens commandables, permettant de mettre ladite en ceinte en communication avec ladite cuve, est remarquable en ce qu'il comporte, de plus, une unité de commande est susceptible de commander ledit système de condensation, ledit - tème de chauffage, ledit système de refroidissement et lesdits seconds moyens, et en ce que ladite unité de commande est formée de manière réaliser des commandes permettant de mettre en oeuvre le procédé spéci fié ci-dessus. Par ailleurs, ledit dispositif conforme à l'invention comporte de plus, de façon avantageuse - au moins un élément de mesure susceptible de mesurer la pression de l'enceinte contenant l'adsorbant ; et/ou - au moins un élément de mesure susceptible de mesurer la température de l'adsorbant ; et/ou - au moins un élément de mesure susceptible de mesurer la pression ré gnant dans ladite cuve. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif à adsorption réversible solide/gaz conforme à l'invention. figure 2 est un graphique illustrant les relations entre trois ramètres (la température et la pression de l'adsorbant, ainsi que la quanti té d'eau adsorbée) lors d'un cycle de fonctionnement, simultanément pour un procedé d'adsorption usuel et un procédé d'adsorption conforme à vention. figures 3 et 4 sont des graphiques illustrant respectivement variation la température et la variation de la pression de l'enceinte contenant l'adsorbant en fonction du temps, pour un cycle de fonction nement dispositif conforme à l'invention. dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique ment figure 1 est destiné à adsorber de la vapeur d'eau, en vue déshydrater des produits, notamment des produits agroalimentaires, - miques pharmaceutiques. A cet effet, ledit dispositif 1 comporte, comme représenté sur figure 1 - au moins un réacteur 2 à adsorption réversible solide/gaz de type usuel, qui comporte une enceinte 2A contenant un adsorbant, par exemple de la zéolithe ; - une cuve 3 de type usuel, par exemple une cuve à plateaux, contenant un produit à adsorber ; - des moyens, à savoir une liaison 4 munie d'une vanne 5, pour permet tre la mise en communication de l'enceinte 2A et de la cuve 3 ; - des moyens de refroidissement 6 et des moyens de chauffage 7, de type usuel, comportant par exemple des circuits d'huile respectivement froide et chaude, et susceptibles de refroidir et de chauffer l'adsorbant contenu dans l'enceinte 2A ; - un système d'évaporation 8, de type usuel ; et - des moyens 9 connus, de préférence des pompes, permettant de creer le vide dans l'enceinte 2A et dans la cuve 3, comme illustré respecti vement par des liaisons 10 et 11 en traits mixtes. De façon connue, le fonctionnement dudit dispositif 1 est cyclique. De plus, chacun des cycles de fonctionnement comprend les trois phases successives suivantes - une phase d'adsorption PHa, pendant laquelle on met l'enceinte (contenant l'adsorbant) en communication avec la cuve 3 (contenant le produit à adsorber) par l'intermédiaire des moyens 4 et 5. L'adsorbant adsorbe alors de la vapeur d'eau du produit de la cuve 3, tout en resti tuant de la chaleur qui est évacuée, au moins partiellement, par les moyens de refroidissement 6 ; - une phase de régénération PHr, pendant laquelle on isole l'enceinte 2A par rapport à la cuve 3 et on la met en communication avec le système de condensation 8, par l'intermédiaire d'une liaison 12 munie d'une vanne 13 qui est ouverte. De plus, on chauffe l'adsorbant de l'enceinte 2A à l'aide des moyens de chauffage 7. Ledit adsorbant rejette alors le liquide qu'il contient, qui est évacué par l'intermédiaire de la liaison 12 et condensé par le système de condensation 8 ; et - une phase de refroidissement PHf, pendant laquelle on isole l'enceinte 2A par rapport à la cuve 3 et au système de condensation 8 et on re froidit l'adsorbant à l'aide des moyens de refroidissement 6. Selon l'invention, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte de plus - au moins un élément de mesure 14 qui mesure de façon répetitive, au moins pendant la phase de refroidissement PHf, la pression dans l'en ceinte 2A contenant l'adsorbant ; et - une unité de commande UC qui reçoit, par l'intermédiaire d'une liaison 15, les mesures effectuées par ledit élément de mesure 14 de type usuel, et qui est formée de manière à déclencher la phase d'adsorption PHa du cycle qui suit, lorsque la pression ainsi mesurée correspond, à une marge prédéfinie près, par exemple à 0,1 mbar (c'est-à-dire à 10 Pa) près, à la pression régnant dans ladite cuve 3, qui est généralement comprise entre 50 Pa et 1000 Pa et le plus souvent entre 200 Pa et 300 Pa. A cet effet, ledit dispositif 1 comporte, de plus, un élément de mesure 16 de type usuel, qui mesure de façon répétitive, au moins pen dant la phase de refroidissement PHf, la pression régnant dans la cuve 3. Les valeurs ainsi mesurées sont transmises par l'intermédiaire d'une liaison 17 à l'unité de commande UC. Ainsi, grâce à l'invention, lors du déclenchement de la phase d'ad sorption PHa, les pressions respectives de l'enceinte 2A et de la cuve 3 sont sensiblement égales de sorte qu'il n'apparaît alors, à la difference de l'état de la technique connu, aucune variation de pression susceptible d'endommager le produit à adsorber ou des éléments du dispositif 1. Sur la figure 2, on a représenté un graphique qui est caractéristi que du type d'adsorbant considéré, en l'occurrence de la zéolithe, et qui met en évidence trois paramètres liés entre eux tout au long traite ments mis en couvre par le dispositif 1, à savoir - la pression P exprimée en Pascal de l'adsorbant ; - la température T exprimée en C dudit adsorbant ; et - le poids L d'eau adsorbée en kg pour 100 kg d'adsorbant. Comme on peut le voir sur cette figure 2 - la phase d'adsorption PHa est déclenchée en un point A, lorsque la pression PA sur l'adsorbant, c'est-à-dire la pression dans l'enceinte 2A, correspond à la pression dans la cuve 3 ; - à partir de ce moment, comme il existe un équilibre en pression, seuls les paramètres L et T varient. En effet, l'adsorbant adsorbe la vapeur d'eau de sorte que le poids L croît. La température T décroît, en raison du refroidissement qui continue à être mis en ceuvre par moyens de refroidissement 6 ; - à un point B, on déclenche la phase de régénération PHr. trois pa ramètres P, L et T varient alors simultanément, ceci jusqu'a un point C où on déclenche la phase de refroidissement PHf ; - à ce moment, comme l'enceinte 2A est isolée, le poids L reste constant sorte que seules la température T et la pression P varient, jusqu'au- point A correspondant au déclenchement de la phase d'adsorption d'un nouveau cycle. On a de plus représenté sur la figure 2, en traits interrompus, la variation des paramètres L, P et T entre les points A et B pour modes de mise en oeuvre usuels. On voit qu'au lieu de déclencher la phase d'ad sorption PHa au point A, l'état de la technique connu prévoit continuer la phase de refroidissement jusqu'à l'obtention d'une temperature mini male prescrite TD, par exemple de 60 C, en un point D de pression PD. Puis, phase d'adsorption est mise en oeuvre entre les points et B le long l'isotherme TD ou TB. La phase d'adsorption PHa conforme à l'invention qui "directe" entre points A et B présente de nombreux avantages vis-a-vis de la solution usuelle passant par D, et notamment - comme indiqué précédemment, la suppression de la variation de pres sion brusque et dommageable, qui existe (dans la solution usuelle) entre les points D et B ; - une reduction de la durée de la phase de refroidissement (de à CA) et donc des cycles de fonctionnement du dispositif 1 ; et - une baisse de la température qui se poursuit pendant la phase d'adsorp tion entre les points A et B, alors que l'adsorption se fait long de l'isotherme TD dans l'état de la technique. Cette baisse prolongée de la température, conforme à présente invention, pendant la phase d'adsorption PHa, est illustrée sur figure 3 qui represente un graphique montrant un exemple d'évolution la tempé rature T de l'adsorbant au cours du temps t (exprimé en minute) pour un cycle complet de fonctionnement du dispositif 1. plus, la figure 4 représente un graphique montrant un exemple d'évolution de la pression P de l'adsorbant sur le même cycle de fonction nement. notera que, dans le cadre de la présente invention, les déclen chements successifs des différentes phases PHa, PHr, PHf des cycles de fonctionnement peuvent être réalisés manuellement. Dans ce cas, opé rateur ouvre et ferme les vannes 5 et 13 et allume et éteint les moyens 6 et 7 et système 8, de façon manuelle. L'unité de commande alors uniquement destinée à déterminer les instants des déclenchements correspondants. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré du dispositif 1, re présente sur la figure 1, les déclenchements de ces phases sont réalisés automatiquement sous la commande de l'unité de commande UC. cet effet, cette dernière est susceptible de commander la vanne 5, les moyens de refroidissement 6, les moyens de chauffage 7 et le sys tème condensation 8, tel qu'illustré respectivement par des liaisons 18 à 21 traits mixtes. De façon simplifiée, la liaison 21 permet de com mander à la fois l'ouverture et la fermeture de la vanne 13 la mise en et hors fonctionnement du système de condensation 8. Selon l'invention, pour déclencher la phase de régéneration PHr au point on prend en compte au moins la température T l'adsorbant, mesuree de façon répétitive par au moins un élément de mesure 22 de type usuel, qui est relié par une liaison 23 à l'unité de commande UC. Dans un premier mode de réalisation, on déclenche phase de ré génération PHr, lorsqu'au moins la température T ainsi mesurée de l'ad sorbant correspond, à une marge prédéfinie près, par exemple à 3 C près, à la température d'un fluide de refroidissement, par exemple de l'huile, utilisé les moyens 6 pour refroidir ledit adsorbant pendant les phases de refroidissement et d'adsorption. Dans l'exemple représente sur les figu res 2 et cette température TB correspond sensiblement à C. Toutefois, le déclenchement peut être commandé peu avant que cette température du fluide de refroidissement ne soit atteinte. Aussi, dans un perfectionnement de ce premier mode de réalisation, l'unité de commande UC détermine de plus la variation de la pression dans l'en ceinte contenant l'adsorbant, à partir des mesures réalisées l'élément de mesure 14, et commande le déclenchement de la phase régénéra tion , lorsque les deux conditions suivantes sont simultanément ré unies - la température de l'adsorbant s'approche d'une valeur ou marge élargie pres, par exemple de 10 C, de la température du fluide refroidisse ment ; et - la pression dans l'enceinte contenant l'adsorbant recommence à aug menter. Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, l'unité de com mande UC déclenche la phase de régénération PHr, lorsque la pression P et température T mesurées respectivement par les éléments mesure 14 22 correspondent, à des marges définies près, à 10 Pa à 3 C près par exemple, à un couple de valeurs de pression et de température, faisant partie d'une liste ou d'un tableau prédéfini de couples de valeurs de pression et de température. Un tel tableau peut être déterminé de façon empirique pour chaque type d'adsorbant, en recherchant les différents couples permettant no tamment de réduire le coût énergétique d'un cycle de fonctionnement du dispositif 1. REVENDICATIONS 1. Procédé d'adsorption réversible solide/gaz, utilisant un dispositif à adsorption (1) comportant au moins un réacteur à adsorption (2) qui comprend une enceinte (2A) contenant un adsorbant, procédé selon lequel on met en oeuvre, de façon répétitive, des cycles comprenant les trois phases successives suivantes qui sont réalisées sous vide - une phase d'adsorption (PHa), pendant laquelle on met l'enceinte (2A) contenant l'adsorbant en communication avec une cuve (3) contenant un produit à adsorber ; - une phase de régénération (PHr), pendant laquelle on isole ladite ceinte (2A) par rapport à ladite cuve (3) et on réchauffe ledit adsor bant ; et - une phase de refroidissement (PHf), pendant laquelle on isole ladite ceinte (2A) et on refroidit ledit adsorbant, caractérisé ce qu'au moins pour l'un desdits cycles, au moins pendant la phase de refroidissement (PHf), on mesure de façon répétitive au moins la pression dans ladite enceinte (2A) contenant ledit adsorbant, et en que l'on ladite enceinte (2A) en communication avec ladite cuve pour déclencher la phase d'adsorption (PHa) du cycle qui suit, lorsque pression ainsi mesurée correspond, à une marge prédéfinie près, à pression (PA) régnant dans ladite cuve (3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérise ce que, au moins pendant la phase de refroidissement (PHf), on mesure la pression régnant dans ladite cuve (3). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise ce qu'au moins pour l'un desdits cycles - au moins pendant la phase d'adsorption (PHa), on mesure de façon ré pétitive température (T) dudit adsorbant ; et - lorsqu'au moins ladite température mesurée de l'adsorbant correspond, à une marge prédéfinie près, à la température d'un fluide de refroidis sement qui est utilisé pour refroidir ledit adsorbant pendant les phases de refroidissement et d'adsorption (PHf, PHa), on déclenche la phase de régénération (PHr) qui suit. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins pendant ladite phase d'adsorption (PHa), on mesure de plus de façon répétitive la pression dans ladite enceinte conte nant l'adsorbant et on détermine la variation de ladite pression, et en ce que l'on déclenche la phase de régénération (PHr) qui suit, lorsque, en plus de la correspondance des températures de l'adsorbant et du fluide de re froidissement, la pression ainsi mesurée commence à croître. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins pour l'un desdits cycles au moins pendant la phase d'adsorption (PHa), on mesure de façon pétitive la pression (P) et la température (T) de l'adsorbant ; et on déclenche la phase de régénération (PHr) qui suit , lorsque la Ares sion et la température ainsi mesurées correspondent, à des marges définies près, à un couple de valeurs de pression et de température, sant partie d'une liste prédéfinie de couples de valeurs de pression et température. 6. Dispositif à adsorption réversible solide/gaz, ledit dispositif ) comportant au moins un réacteur à adsorption (2) qui comprend une enceinte (2A) contenant un adsorbant ; une cuve (3) susceptible de contenir un produit à adsorber ; un système de chauffage (7) commandable ; un système de refroidissement (6) commandable ; - des premiers moyens (9) pour créer le vide ; et - des seconds moyens (4, 5) commandables, permettant de mettre ladite enceinte (2A) en communication avec ladite cuve (3), caracterisé en ce qu'il comporte de plus une unité de commande (UC) qui est susceptible de commander ledit système de chauffage (7), ledit sys tème refroidissement (6) et lesdits seconds moyens (4, 5), et en ce que ladite unité de commande (UC) est formée de manière à réaliser com mandes permettant de mettre en oeuvre le procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 5. Dispositif selon la revendication 6, caracterisé en ce qu'il comporte de plus au moins un élément mesure (14) susceptible de mesurer la pression (P) de l'enceinte contenant l'ad sorbant. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caracterisé en ce qu'il comporte de plus au moins un élément mesure (22) susceptible de mesurer la température (T) de l'adsorbant. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caracterisé en ce qu'il comporte de plus au moins un élément mesure (16) susceptible de mesurer la pression régnant dans ladite cuve