CH627948A5 - Dispositif pour la mise en contact de substances se presentant dans des phases differentes. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un dispositif permettant de mettre en contact des substances se trouvant dans des phases différentes.
Dans le brevet français N° 2257326, on a décrit un procédé pour la mise en contact de substances sous deux phases différentes par formation d'un écoulement puits-tourbillon symétrique avec introduction d'au moins une phase selon l'axe de révolution jusqu'à la zone de dépression engendrée par l'écoulement puits-tourbillon, la vitesse de la phase axiale étant comprise entre 0,03 et 3 m/s, et la quantité de mouvement de la phase à écoulement puits-tourbillon étant d'au moins 100 (de préférence de 1000 à 10000) fois celle de la phase axiale, de sorte que la phase axiale soit désintégrée et dispersée par la phase à écoulement puits-tourbillon.
Ce procédé présente le gros avantage de permettre la formation d'une dispersion organisée, alors que, selon les techniques de l'art antérieur, le contact qui est établi entre les deux phases est de type aléatoire, donc irrégulier, et conduit à des différences de traitement préjudiciables tant du point de vue thermique que chimique.
Pour mettre en œuvre ce procédé, on a décrit dans le brevet français N° 2257326 une forme de réalisation de dispositif comprenant une enveloppe extérieure au moins en partie cylindrique présentant un restreint à sa partie aval, pourvue intérieurement d'une chemise perforée, délimitant entre ladite enveloppe et la chemise perforée un espace annulaire dans lequel débouche au moins une entrée tangentielle de manière à engendrer un écoulement symétrique de type puits-tourbillon.
Mais un tel dispositif, s'il permet en particulier d'obtenir un écoulement symétrique suffisamment stable, est limité en particulier dans la possibilité de travailler à des températures élevées.
On a bien songé, pour pallier ces inconvénients, à utiliser des matériaux réfractaires ou à utiliser des dispositifs de double enveloppe avec circulation de liquide.
Mais on se heurte à des problèmes d'inertie thermique, des problèmes d'abrasion avec certains matériaux et de choc thermique. De plus, la géométrie du dispositif est incompatible avec l'existence de surépaisseurs.
De plus, dans le dispositif, le répartiteur de gaz qui sert à former l'écoulement symétrique remplit une fonction mécanique en contribuant à assurer la rigidité de l'ensemble. Il en résulte qu'il est difficile de le refroidir d'une manière simple et efficace.
Enfin, il est avantageux de pouvoir obtenir un moment cinétique le plus grand possible afin d'avoir des vitesses périphériques élevées.
La présente invention a précisément pour objet de pallier ces inconvénients. Le dispositif, selon l'invention pour la mise en contact de substances se présentant dans des phases différentes, et qui comporte au moins un élément de révolution présentant un passage restreint à sa partie aval et au moins un conduit axial débouchant au niveau du passage restreint à une distance située dans un intervalle plus ou moins égal au rayon du passage restreint, et un élément répartiteur de révolution par rapport au même axe de symétrie que le conduit axial, et au moins un moyen d'introduction tangentielle dans l'espace délimité par l'élément de révolution présentant un passage restreint, est caractérisé par le fait que l'élément de révolution présentant un passage restreint est constitué par un élément rigide continu à symétrie axiale formant un espace de révolution fermé sauf à sa partie aval, et divisé en deux par le répartiteur, lequel est mécaniquement indépendant de l'élément rigide.
Avantageusement, le répartiteur est sécant à l'élément rigide de révolution sur sa paroi la plus proche de l'axe de symétrie de rotation du système.
Avantageusement, l'enveloppe rigide est constituée par un corps à symétrie de révolution à double paroi, de manière à ménager un espace annulaire dans lequel débouche la ou les entrées tangentielles, et une cavité axiale dans laquelle est disposé un conduit à symétrie axiale, tel que tube cylindrique ou tronc de cône, lequel débouche au niveau de l'ouverture aval de l'enveloppe rigide, plus ou moins une distance égale au rayon de ladite ouverture.
De préférence, l'espace annulaire présente une section décroissante dans le sens de l'écoulement de la phase introduite tangentiellement, laquelle est généralement formée par un gaz, éventuellement chargé.
De manière simple, l'enveloppe rigide se termine à sa partie aval par deux troncs de cône concentriques convergents, coaxiaux, entourant le conduit d'introduction de la phase axiale, et le répartiteur perforé est constitué par un cylindre de révolution sécant à au moins un des cônes.
De manière pratique, on peut monter ce répartiteur de manière amovible. L'agencement des éléments, à savoir: tubulures axiales d'introduction des phases solides, liquides ou semi-liquides, espace annulaire se terminant par une ouverture de section restreinte et répartiteur sécant et amovible, se traduit par une configuration qui autorise un accroissement du moment cinétique initial, donc de la vitesse périphérique d'éjection et un refroidissement simple des parois par un liquide en circulation.
La première condition peut être satisfaite en faisant appel à une double paroi de forme géométrique simple de révolution enfermant un espace de révolution, par exemple torique, prolongé vers l'aval par un espace de révolution servant à l'écoulement du gaz obtenu par un double tronc de cône, ces deux parties du dispositif étant matériellement séparées par l'élément répartiteur, lui-même de révolution par rapport au même axe de symétrie que l'espace annulaire.
La deuxième condition est satisfaite en prévoyant un refroidissement classique par circulation d'un liquide refroidissant tel que l'eau
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autour de la partie externe de la double enveloppe, l'élément répartiteur n'ayant pas besoin d'être refroidi.
Comme déjà dit précédemment, ce dispositif permet de mettre en œuvre le procédé revendiqué dans le brevet français N° 2257326 avec formation des gouttes de pulvérisation par transfert de quantité de mouvement.
On peut aussi prévoir l'introduction de plusieurs phases coaxiales et de plusieurs phases hélicoïdales; dans tous les cas, le contacteur-réacteur peut être considéré comme piston en ce qui concerne l'évolution du système d'un point de vue concentration et homogène pour ce qui a trait aux températures.
Un des avantages du dispositif réside dans le fait qu'il rend possible d'augmenter le demi-angle au sommet du cône asymptote de l'hyperboloïde à une nappe que constitue l'ensemble des trajectoires issues de la phase hélicoïdale portant les éléments de volume de la phase axiale.
Le dispositif permet de réaliser un grand nombre d'applications, comme évaporation rapide de composés volatilisables, séchage de produits, en suspension ou en émulsion aqueuse, concentration de solutions, etc.
Comme décrit dans le brevet français N° 2257326, on peut aussi effectuer des opérations de mélange à sec de matières solides au moyen d'une phase aqueuse de solidification de particules avec transformation en billes fines avec éventuellement changement de la structure superficielle de ses grains. On peut aussi réaliser des réactions chimiques classiques, telles que celles réalisées dans un réacteur ou dans un atomiseur. Ainsi, on peut avantageusement réaliser une carbonatation directe par traitement de soude par un gaz renfermant du gaz carbonique.
Un autre domaine d'application est constitué par le traitement des matières thermosensibles comme décrit dans la demande française N° 77.20287.
On peut aussi mettre en œuvre ce dispositif en association avec un tube venturi en sortie, dans le traitement thermique d'une phase gazeuse comme décrit dans la demande française N° 77.29002.
La phase axiale est généralement constituée par une phase liquide, mais, elle peut être chargée, voire être semi-liquide ou pâteuse.
On peut, en particulier, amener deux phases axiales liquides ou semi-liquides et réaliser leur mise en contact grâce à l'écoulement puits-tourbillon. On réalise ainsi une copulvérisation.
Dans ce cas, la phase hélicoïdale peut être active ou non d'un point de vue chimique. Une telle application peut être en particulier intéressante dans le cas de réactions simultanées, comme par exemple de la coprécipitation d'une solution de latex et d'une silice comme décrite dans la demande française N° 76.35883.
Mais une application particulièrement intéressante de la présente invention réside dans la solution qu'elle apporte aux problèmes de traitement d'eaux résiduaires et de pollution.
On a déjà revendiqué dans la demande française N° 77.31554
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l'application du procédé général au traitement des eaux résiduaires avec pulvérisation et traitement oxydant simultanés.
Le présent dispositif s'applique évidemment à ce cas,
Mais, dans le cas notamment de la dépollution, pour atteindre une efficacité suffisante on est obligé de travailler à très haute température, ce que ne permettent pas les dispositifs classiques réalisés jusqu'à ce jour.
Un des avantages de la présente invention est donc de répondre à ce besoin ressenti depuis longtemps.
Mais la présente invention sera plus aisément comprise à l'aide des exemples de réalisation donnés à titre illustratif et non limitatif et illustrés par les figures ci-annexées.
La fig. 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention où l'on n'a représenté que la moitié de la section.
La fig. 2 représente une autre forme de réalisation.
Selon la fig. 1, l'élément rigide renfermant la phase hélicoïdale est constitué par une double enveloppe rigide 1 et 2, prolongée vers l'aval par un bicóne dont on n'a représenté que la partie la plus amont 4.
Cette enveloppe continue présente, dans sa partie la plus amont, une cavité annulaire de grande section prolongée par un espace annulaire défini par deux troncs de cône 6 et 7 formant des convergents vers la partie aval.
L'amenée de la phase hélicoïdale est assurée par un conduit tangentiel 8.
La formation de l'écoulement hélicoïdal symétrique est assurée grâce à un répartiteur 3 amovible et indépendant mécaniquement de l'élément rigide 1.
On a, de plus, ménagé deux autres enveloppes de refroidissement 12 entre le cône 7 et le conduit 9 et 11.
La phase axiale est amenée par un conduit tubulaire 9; selon cette forme de réalisation, on a prévu une tige 10 à l'intérieur du conduit 9.
Le dispositif selon la fig. 1 présente un diamètre hors tout de 1210mm; le cylindre répartiteur comprend 5 rangées d'orifices.
Avec un débit d'air de 10 à 11 t/h à 800-900° C, la vitesse au niveau des trous est de l'ordre de 100-120 m/s.
La fig. 2 représente une autre forme de réalisation selon laquelle l'élément rigide est constitué par une enveloppe 13 ouverte seulement à sa partie aval 14 constituée par une courbe continue et coupée par un élément répartiteur 15.
Une autre application intéressante du dispositif décrit concerne le séchage des silicoaluminates alcalins cristallins, et notamment de type 4A.
Selon cette application, on introduit la suspension à sécher axialement et l'air de séchage tangentiellement à des températures de plusieurs centaines de degrés, de 500 à 700° C, cette fourchette n'étant nullement limitative.
La suspension de silicoaluminate peut être préparée par tout moyen connu; on peut en particulier mettre en œuvre le procédé selon les demandes françaises Nos 77.16991,76.39527 et 77.08932.
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Claims (7)
1. Dispositif pour la mise en contact de substances se présentant dans des phases différentes comportant au moins un élément de révolution, présentant un passage restreint à sa partie aval et au moins un conduit axial débouchant au niveau du passage restreint à une distance située dans un intervalle plus ou moins égal au rayon du passage restreint, et un élément répartiteur de révolution par rapport au même axe de symétrie que le conduit axial et au moins un moyen d'introduction tangentielle dans l'espace délimité par l'élément de révolution présentant un passage restreint et le répartiteur, caractérisé par le fait que l'élément de révolution présentant un passage restreint est constitué par un élément rigide continu à symétrie axiale formant un espace de révolution fermé sauf à sa partie aval, divisé en deux par le répartiteur, lequel est mécaniquement indépendant de l'élément rigide.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément rigide est à double paroi formant un espace annulaire dans lequel débouche l'entrée tangentielle, et une cavité axiale dans laquelle est disposé un conduit à symétrie axiale, lequel débouche au niveau de l'ouverture aval de l'enveloppe rigide, plus ou moins une distance égale au rayon de ladite ouverture.
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REVENDICATIONS
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le répartiteur est monté de manière amovible.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément rigide se termine à sa partie aval par deux troncs de cône convergents, coaxiaux, entourant le conduit d'introduction de la phase axiale, et que le répartiteur est constitué par un cylindre de révolution perforé, sécant à au moins un des cônes.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'élément rigide présente une double enveloppe dans laquelle circule un liquide de refroidissement.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est couplé à un venturi en sortie.
7. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 pour le traitement d'une suspension de silicoaluminates alcalins cristallins.
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|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |