Brevet FR2805760A1 — publié le 20010907

La présente invention concerne un procédé cyclique d'adsorption reversible solide/gaz, ainsi qu'un dispositif à adsorption. On sait qu'un dispositif à adsorption, réversible solide/gaz, com porte généralement au moins un réacteur qui comprend une enceinte contenant un adsorbant. Un tel réacteur utilise un adsorbant, tel la zeolithe, pour capter une vapeur liquide, par exemple de l'eau, fonc tionne sous des pressions partielles comprises entre 0,5 millibar sieurs centaines de millibars. On sait de plus que l'adsorbant doit etre re- genéré par chauffage à des températures comprises entre 1 et C. Des réacteurs de ce type, principalement destinés à des machines frigorifiques, sont par exemple connus par les documents FR-A 693 FR-A-2 704 631, FR-A-2 721 696, FR-A-2 749 377 et US-A-5 333 On sait de plus qu'un procédé d'adsorption du type précité met en oeuvre, de façon répétitive, des cycles comprenant les trois phases suc cessives 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 met ladite enceinte contenant l'adsorbant en communication avec un système de 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. Bien que particulièrement performant, ce procédé connu d'adsorp tion présente une efficacité et/ou un rendement qui sont très variables. Ils varient notamment en fonction du réglage de caractéristiques (consomma tion d'énergie, durées des phases, ...) de mise en oeuvre du procedé, du type d'adsorbant et du type de produit à adsorber. La présente invention a pour objet d'optimiser un procédé cyclique d'adsorption réversible solide/gaz, tout en diminuant le coût, notamment le coût énergétique. A cet effet, selon l'invention, le procédé cyclique d'adsorption ré versible solide/gaz, comprenant une pluralité de cycles dont chacun com prend au moins une phase d'adsorption, pendant laquelle on met com munication une enceinte d'au moins un réacteur à adsorption, qui contient un adsorbant, avec une cuve contenant un produit à adsorber, est remar quable en ce que, pour au moins l'un des cycles du procédé, on modifie la durée de la phase d'adsorption de manière à adapter la capacité d'adsorp tion dudit réacteur à la capacité d'évaporation dudit produit à adsorber. Ainsi, grâce à l'invention, par l'adaptation de la capacité d'adsorp tion à la capacité d'évaporation, on optimise ledit procédé, en particulier en termes d'efficacité et de rendement. En effet, sans cette adaptation a) soit la capacité d'adsorption est supérieure à la capacité d'évaporation de sorte que le surplus de capacité d'adsorption disponible n'adsorbe rien, ce qui entraîne une perte d'énergie ; b) soit la capacité d'adsorption est inférieure à la capacité d'évaporation de sorte que le dispositif à adsorption comprenant ledit réacteur n'ad sorbe pas autant d'eau que peut restituer le produit, c'est-à-dire autant d'eau qu'il pourrait effectivement adsorber, ce qui nuit gravement à la qualité du produit et au rendement. De plus, comme selon l'invention l'une des possibilités est que la seule caractéristique de fonctionnement qui est modifiée est la durée de la phase d'adsorption, la consommation énergétique diminue dans le temps. Par conséquent, l'optimisation mise en couvre par la présente invention entraîne une diminution de coût, en particulier de coût énergetique. Dans ces conditions, on sait que la capacité d'adsorption du réac teur sur un cycle est améliorée avec la durée de la phase d'adsorption, car son refroidissement peut être optimisé avec le temps. Ainsi pour optimi ser le procédé, il convient - dans le cas a) précité, d'augmenter la durée de la phase d'adsorption de manière à optimiser la capacité d'adsorption, afin de réduire la consommation d'énergie ; et - dans le cas b) précité, d'adapter la durée de la phase d'adsorption à la capacité d'adsorption, afin d'optimiser le rendement et de maintenir la qualité du produit traité. Par conséquent, pour une consommation d'énergie constante sur un cycle (adsorption - régénération - refroidissement) du réacteur, on augmente grâce à l'invention la quantité d'eau adsorbée phase d'ad sorption de sorte que, même si l'optimisation suppose augmentation de la durée des phases d'adsorption, la durée globale du procédé d'ad sorption est réduite, en raison de cette augmentation de la quantité d'eau adsorbée par phase d'adsorption. Pour optimiser la mise en couvre de la présente invention, avanta geusement, on modifie de façon progressive la durée de la phase d'ad sorption, sur une pluralité de cycles successifs, durant une période transi toire. Avantageusement, ladite période transitoire - commence au plus tôt lorsque la capacité d'évaporation du produit, qui varie en fonction du temps, présente une valeur maximale ; et/ou - se termine au plus tard lorsque la capacité d'évaporation du produit à adsorber est devenue négligeable par rapport à la capacité d'adsorption du réacteur, c'est-à-dire lorsqu'elle est devenue inférieure à un pourcen tage prédéterminé (par exemple 5%) de cette dernière, capacité pour laquelle ledit produit est stable. Dans le cadre de la présente invention, l'adaptation la capacité d'adsorption à la capacité d'évaporation peut être réalisée différentes manières. En particulier, on peut effectuer, à l'aide de diverses méthodes mathématiques connues, une approximation d'une courbe illustrant la va riation de la capacité d'évaporation en fonction du temps, déterminer une capacité d'adsorption dépendant du temps, qui se superpose à ladite approximation. Toutefois, de préférence, pour modifier la durée de phase d'ad sorption, on choisit, à un temps ti qui est déterminé à partir début du proce " cyclique d'adsorption, une durée de phase d'adsorption qui est telle la capacité d'adsorption correspondante du réacteur est sensi blement égale à la capacité d'évaporation dudit produit, telle elle existe audit temps ti. outre, ladite capacité d'évaporation qui dépend composi tion du produit à adsorber peut soit être fournie par le fabricant dudit pro duit, soit etre déterminée de façon empirique. plus, avantageusement, on détermine de façon empirique ou par un calcul.usuel et précis la relation existant entre la durée la phase d'adsorption et la capacité d'adsorption correspondante du réacteur. ailleurs, de façon avantageuse, chacun des cycles procédé présente successivement une phase d'adsorption, une phase régénéra tion une phase de refroidissement, et, à chaque fois que modifie la durée la phase d'adsorption, on peut modifier dans les meures propor tions durées des phases de régénération et de refroidissement. Dans un mode de réalisation préféré, ledit procédé utilise au moins deux, préférence trois, cinq ou plus, réacteurs à adsorption, chacun de ces réacteurs étant du type connu, comportant une enceinte contenant un adsorbant. Dans ce cas, de façon avantageuse, on commande lesdits ré acteurs de sorte que, à tout instant, au moins l'un desdits réacteurs se trouve dans une phase d'adsorption, et on peut modifier la durée d'au moins une phase d'adsorption de chacun desdits réacteurs, ce permet d'optimiser le rendement dudit procédé. La présente invention concerne également un dispositif a adsorp tion réversible solide/gaz. Selon l'invention, ledit dispositif qui comporte - au moins un réacteur qui présente un fonctionnement cyclique et qui comprend une enceinte contenant un adsorbant, enceinte qui est sus ceptible d'être mise en communication avec une cuve contenant un produit à adsorber ; et - une unité de commande pour commander les cycles de fonctionnement dudit réacteur, chacun desdits cycles présentant au moins une phase d'adsorption, est remarquable en ce que ladite unité de commande est formee de ma nière à modifier, pour au moins l'un desdits cycles, la durée la phase d'adsorption de manière à adapter la capacité d'adsorption dudit réacteur à la capacité d'évaporation dudit produit à adsorber. 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 conforme à l'invention. figure 2 est un graphique illustrant la variation au cours du temps la capacité d'évaporation d'un produit à adsorber. figure 3 est un graphique illustrant la variation au cours du temps la capacité d'adsorption déterminée conformément à l'invention à partir du graphique de la figure 2. La figure 4 montre un exemple d'évolution des durées des diffé rents cycles lors de la mise en ceuvre du procédé conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique ment sur la figure 1 est destiné à adsorber de la vapeur d'eau, en vue de déshydrater des produits, notamment des produits agroalimentaires, chi miques ou pharmaceutiques. A cet effet, ledit dispositif 1 comporte de façon connue - au moins un réacteur R1, R2, R3, R4, R5 à adsorption réversible so- lide/gaz de type usuel, qui comporte une enceinte non représentee contenant un adsorbant, par exemple de la zéolithe. Dans l'exemple préféré représenté sur la figure 1, ledit dispositif 1 comporte cinq réac teurs R1 à R5 de ce type ; - une cuve 2 de type usuel, par exemple une cuve à plateaux, contenant un produit à adsorber ; - des moyens, à savoir des liaisons L1 à L5 munies de vannes non repre- sentées, pour permettre la mise en communication des différentes ceintes avec la cuve 2 ; et - une unité de commande 3 qui commande le fonctionnement dudit dis positif 1, en agissant notamment sur les réacteurs 131 à R5, comme il lustré respectivement par des liaisons .21 à r?5 en traits mixtes, ainsi que sur d'autres moyens non représentés dudit dispositif 1. Le dispositif 1 comporte, de plus, les moyens connus suivants qui ne sont pas représentés sur la figure 1 pour des raisons de simplification du dessin - des moyens de refroidissement et des moyens de chauffage, 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 ; - un système d'évaporation de type usuel ; et des moyens connus, de préférence des pompes, permettant de créer le vide dans l'enceinte et dans la cuve 2. De façon connue, le fonctionnement de chacun réacteurs R1 à dudit dispositif 1 est cyclique. De plus, chacun des cycles de fonction nement desdits réacteurs comprend les trois phases successives suivan- phase d'adsorption, pendant laquelle on met l'enceinte contenant l'adsorbant en communication avec la cuve 2 contenant le produit à ad sorber. L'adsorbant absorbe alors de la vapeur d'eau produit de la cuve 2, tout en restituant de la chaleur qui est évacuee, au moins par tiellement, par les moyens de refroidissement ; - une phase de régénération, pendant laquelle on isole l'enceinte par rap port à la cuve 2 et on la met en communication avec le système de condensation. De plus, on chauffe l'adsorbant de l'enceinte à l'aide des moyens de chauffage. Ledit adsorbant rejette alors le liquide qu'il contient, qui est évacué et condensé par le système condensation ; et une phase de refroidissement, pendant laquelle on isole l'enceinte par rapport à la cuve 2 et au système de condensation et on refroidit l'ad sorbant à l'aide des moyens de refroidissement. Selon l'invention, pour au moins l'un desdits réacteurs R1 à R5 du dispositif 1, le procédé d'adsorption mis en oeuvre par ce réacteur est commandé par l'unité de commande 3 de sorte que, pour au moins l'un des cycles de ce procédé, on modifie la durée de la phase d'adsorption de manière à adapter la capacité d'adsorption A dudit réacteur à la capacité d'évaporation E dudit produit à adsorber. Dans le cadre de la présente invention, cette adaptation de la ca pacité d'adsorption A à la capacité d'évaporation E peut être réalisée de différentes manières. En particulier, on peut effectuer, par différentes thodes mathématiques connues, une approximation d'une courbe illustrant la variation la capacité d'évaporation en fonction du temps, et détermi ner une capacité d'adsorption dépendant du temps, qui se superpose à ladite approximation. Sur figure 2, on a représenté une courbe illustrant la variation la capacité d'évaporation E (exprimée en unité de poids par unité temps, par exemple en kg/heure) en fonction du temps t du produit à sorber, et permettant de bien expliquer le mode de mise en oeuvre préféré proposé par présente invention pour réaliser cette adaptation. Cette courbe d'évaporation E est soit directement fournie par le fabricant produit, soit déterminée expérimentalement de façon usuelle, avant mise en oeuvre de la présente invention. De 'férence, on modifie de façon progressive la durée de phase d'adsorption, sur une pluralité de cycles successifs, durant une riode transitoire Pt - qui suit une période dite initiale Pi, pour laquelle les phases d'adsorption présentent une durée initiale Ai constante ; et - qui précède une période dite finale Pf, pour laquelle les phases d'ad sorption présentent une durée Af (préalablement modifiée) également constante. Pendant la période initiale Pi, on commande le ou les réacteurs R1 à R5 de sorte que les phases d'adsorption successives présentent toutes la même durée Ai, de par exemple 30 minutes. Cette durée ai est définie de manière à correspondre à une capacité d'adsorption de valeur AO est sensiblement égale à la capacité d'évaporation EO représentant maximum de la courbe E, en un point BO à un temps tB0 (voir à cet effet en parallèle les figures 2 et 3). On commence à modifier la durée des phases d'adsorption à un temps tB1 à partir du début t0 du procédé. A cet effet, on choisit une nouvelle durée a1 de phase d'adsorp tion qui est telle que la capacité d'adsorption A1 correspondante du reac- teur est sensiblement égale à la capacité d'évaporation E1 dudit produit audit temps tB1. Comme la consommation d'énergie par phase d'adsorption ou sur un cycle est constante, on sait que la capacité d'adsorption du réacteur est améliorée avec l'augmentation de la durée de la phase d'adsorption. Par conséquent, comme on a une baisse de la capacité d'évaporation à partir du temps tBO, et donc également de la capacité d'adsorption effec tive A qui doit être sensiblement égale à cette dernière, on doit augmenter d'autant plus la durée des phases pour obtenir l'adaptation des capacités précitées. Ceci est réalisé progressivement [durée 02 au temps tB2 (point durée 03 au temps tB3 (point B3)] au cours de la période transitoire pour aboutir finalement à une durée A3 ou Af qui sera utilisée pour les phases d'adsorption de la période finale Pf. Selon l'invention, la période transitoire Pt commence de préférence au plus tôt lorsque la capacité d'évaporation E du produit, qui varie en fonction du temps, présente une valeur maxi male E0, c'est-à-dire au temps tBO. Dans l'exemple représenté, comme indiqué précédemment, on fait débuter cette période transitoire au temps tB1 (ultérieur audit temps tB0) ; et se termine au plus tard lorsque la capacité d'évaporation E3 du produit à adsorber est devenue négligeable par rapport à la capacité d'adsorp tion du réacteur, capacité pour laquelle ledit produit est stable. Ainsi, grâce à l'invention, par l'adaptation de la capacité d'adsorp tion A à la capacité d'évaporation E, on optimise ledit procédé, en particu- lier en termes d'efficacité et de rendement. De plus, cette optimisation entraîne diminution du coût. Pour la mise en oeuvre de la présente invention, il suffit que la du rée de la phase d'adsorption soit augmentée pendant la période transitoire Pt. Toutefois, dans un autre mode de réalisation, on augmente pen dant cette période transitoire Pt également les durées des phases de régé nération et refroidissement. plus, de préférence, on augmente ces dernières à chaque fois dans memes proportions que la phase d'adsorption, tel que représenté sur la figure 4. D'autres lois d'augmentation des durées sont bien entendu également possibles. Comme on peut le voir sur cette figure 4 - pendant la période initiale Pi, les différents cycles présentent durées Ti constantes, avec des durées de phases d'adsorption, de regenération et de refroidissement respectivement de valeurs Ai, ari, Afi ; - pendant la période transitoire Pt, la durée des cycles croît (avec 02, Of 2), T3] ; et - pendant période initiale Pf, les différents cycles présentent du rées ou T3 constantes, avec des durées de phases d'adsorption, de régénération et de refroidissement respectivement de valeurs Arf, Aff. Dans le cadre de la présente invention, bien que cela ne soit pas mis en oeuvre dans l'exemple représenté, on peut également faire varier la durée phases d'adsorption entre les temps t0 et tB0 pour adapter la capacite d'adsorption correspondante à la capacité d'évaporation (qui est croissante entre t0 et tB0 dans l'exemple représenté sur figure 2), dans le cas d'un produit nécessitant une mise en oeuvre tres lente par exemple. Par ailleurs, dans le mode de réalisation préféré représenté sur figure , en plus de modifier la durée des phases d'adsorption des diffe rents reacteurs R1 à R5, l'unité de commande 3 commande lesdits réac teurs à R5 de sorte qu'au moins l'un desdits réacteurs R1 à R5 préférence plusieurs, par exemple trois réacteurs) se trouve à tout instant dans une phase d'adsorption, ce qui permet d'optimiser le fonctionnement global du dispositif 1. REVENDICATIONS 1. Procédé cyclique d'adsorption réversible solide/gaz, comprenant une pluralité de cycles dont chacun comprend au moins une phase d'ad sorption, pendant laquelle on met en communication une enceinte d'au moins un réacteur à adsorption (R1, R2, R3, R4, R5) qui contient un ad sorbant avec une cuve (2) contenant un produit à adsorber, caractérisé en ce que, pour au moins l'un des cycles du procédé, on modi fie la durée de la phase d'adsorption de manière à adapter la capacité d'adsorption (A) dudit réacteur (R1 à R5) à la capacité d'évaporation (E) dudit produit à adsorber. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on modifie de façon progressive la durée de la phase d'adsorption, sur une pluralité de cycles successifs, durant une riode transitoire (Pt). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite période transitoire (Pt) commence au plus tot lorsque la capacité d'évaporation du produit, qui varie en fonction du temps, présente une valeur maximale (E0). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite période transitoire (Pt) se termine au plus tard lorsque la capacité d'évaporation (E3) du produit à adsorber est inférieure à un pourcentage prédéterminé de la capacité d'adsorption du réacteur (R1 à R5), capacité pour laquelle ledit produit est stable. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour modifier la durée de la phase d'adsorption, on choisit, à un temps ti qui est déterminé à partir du début (t0) dudit procé dé cyclique d'adsorption, une durée de phase d'adsorption qui est telle que la capacité d'adsorption correspondante (A) du réacteur (R1 à R5) est sensiblement égale à la capacité d'évaporation (E) dudit produit, qui varie en fonction dudit temps, telle qu'elle existe audit temps ti. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on détermine de façon empirique la capacité d'éva poration (E) dudit produit à adsorber. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on détermine de façon empirique la relation exis tant entre la durée de la phase d'adsorption et la capacite d'adsorption correspondante (A) du réacteur (R1 à R5). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des cycles du procédé présente successive ment une phase d'adsorption, une phase de régénération et une phase de refroidissement, et en ce que, à chaque fois que l'on modifie la durée de la phase d'adsorption, on modifie dans les mêmes proportions durées des phases de régénération et de refroidissement. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, utilisant au moins deux réacteurs à adsorption (R1 à R5), chacun desdits réacteurs (R1 à R5) comprenant une enceinte contenant un adsorbant, caractérisé en ce que l'on commande lesdits réacteurs (R1 à de sorte que, à tout instant, au moins l'un desdits réacteurs (R1 à se trouve dans une phase d'adsorption, et en ce que l'on modifie durée d'au moins une phase d'adsorption de chacun desdits réacteurs (R1 à R5). 10. Dispositif à adsorption réversible solide/gaz, ledit dispositif (1) comportant - au moins un réacteur (R1 à R5) qui présente un fonctionnement cycli que et qui comprend une enceinte contenant un adsorbant, enceinte qui est susceptible d'être mise en communication avec une cuve (2) conte nant un produit à adsorber ; et - une unité de commande (3) pour commander les cycles de fonctionne ment dudit réacteur (R1 à R5), chacun desdits cycles présentant au moins une phase d'adsorption, caractérisé en ce ladite unité de commande (3) est formée de manière à modifier, pour moins l'un desdits cycles, la durée de la phase d'ad sorption de manière à adapter la capacité d'adsorption (A) dudit réacteur (R1 à R5) à la capacité d'évaporation (E) dudit produit à adsorber.