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ADSORBEUR A CONTRE-COURANT DU TYPE A POUSSIERE ET A GRANDE VITESSE LINEAIRES
La présente invention a trait à un procédé et à un appareil servant à séparer ou récupérer un gaz d'un mélange de gaz, le terme "gaz" devant être supposé compren- dre aussi les vapeurs
Le procédé et l'appareil suivant l'invention peuvent être appliqués à la séparation de deux gaz quel** conques l'un d'avec l'autre pourvu que les deux gaz à séparer aient des points d'ébullition suffisamment diffé- rents.
Les exemples les plus courants d'une telle sépare- tion sont l'élimination de l'humidité que renferment lair ou d'autres gaz dits permanents et la séparation ,par
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exemple en vue de leur récupération, des Tapeurs des liquides volatils tels que l'anhydride sulfureux, l'éther, l'alcool, l'acétone, le benzol, la gazoline, etc. d'avec des mélanges d'air ou d'autres gaz dits fixes ou permanents.
Le procédé et l'appareil suivant l'invention présentent une ou plusieurs des caractéristiques et avantages suivants :
Ils permettent de séparer ou récupérer un gaz d'un mélange de gaz d'une façon continue et de réutiliser continuellement l'adsorbant.
L'adsorbant devient saturé au degré maximum de ceux des éléments du mélange de gaz qui sont suscep- tibles d'être adsorbé..
L'adsorption est réalisée en une seule phase*
On obtient un mélange uniforme de l'adsorbant et des gaz .
La construction de l'adsorbeur est telle qu'elle permet de communiquer des vitesses élevées aux gaz .
Le transfert de la chaleur aux surfaces de refroidissement de l'adsorbeur est rendu plus rapide par la vitesse plus élevée des gaz
La vitesse élevée qu'il est possible de donner au mélange gazeux permet en outre de diminuer d'une façon correspondante la section transversale de l'adsorbeur et les dimensions de toutes les pièces*
D'une façon succincte, l'invention consiste à effectuer un contre-courant de l'adsorbant solide pulvérisé à travers le courant de gaz
Dans les dessins annexés, montrant deux construc- tions d'appareil permettant de réaliser l'invention .
Fig.1 est une élévation schématique d'un appareil établi suivant l'invention
Fig.2 est une vue à plus grande échelle, partie
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en élévation et partie en coupe, de l'adsorbeur repré.
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sente sur la fig.lo 'ig,3 est une coupe verticale faite à travers une des unités de l'adsorbeur lig*4 est une coupe verticale d'une des unités, suivant 4-4 (figea)* 'ig.5 est une vue analogue à fiv.1 mais montre une autre forme de réalisation .
D'une façon succincte, l'appareil comprend une
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unité d*ade tion à à l'extrémité inférieure de laquelle le mélange de gaz est délivré. L'adsorbant solide à l'état pulvérisé est délivré à l'extrémité supérieure de telle manière qu'il est distribué d'une façon uniforme sur la section transversale de l'adsorbeur et tombe graduelle-
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ment à travers le courant montant de gaz. L'adsorba est recueilli à l'extrémité inférieure de l'unité et est déli-
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vre 9 un activateur ! dans lequel il est "activé" ou régé- néré. Après avoir été régénéré, l'adsorbant est ramené à. l'extrémité supérieure de l'unité d'adsorption, de sorte qu'il parcourt un circuit fermé, étant réutilisé continuel- lement .
La construction de l'unité d'adsorption est
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représentée en détail dans les fig,2, 3 et 4. Elle peut être considérée comme comprenant une chambre d'admission 36 et une chambre d'expansion ±0 à l'extrémité supérieure, une chambre de séparation 11 à l'extrémité intérieure et une chambre ou colonne d'adsorption 12 reliant les chambres
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12 et 11 . La chambre de séparation il peut recevoir la forme qu'elle possède fin.2 et être munie d'une tubulure d'admission 13 par laquelle le mélange de gaz et de va- peurs est délivré et d'une tubulure de sortie 14 pour l'évacuation de l'adsorbant solide.
Le mélange de gaz peut être délivré à la tubulure 13 à la vitesse désirée par tout
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dispositif convenable tel qu' un ventilateur 15 relié à
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la tubulure 13 par un conduit 16. le tuyau d'admittaion du ventilateur étant représenté en 17
L'adsorbant solide pulvérisé est délivré par
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le conduit dladmînaion 37 à la chambre ou dôme à.* admission
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/étant cet a.deorbant/pretârab1.ement maintenu en suspension dans un gaz non adsorbable, par exemple dans le gaz qui a été traité dans l'adsorbeur.
On remarquera que la chambre d'expansion 10 possède une section transversale plus grande que la partie centrale de l'unité d'adsorption, et que les dimensions du conduit d'admission 35 sont faibles en comparaison avec cette section
Le tuyau d'admission 37 s'élève à l'intérieur de la chambre 36, de sorte que l'adsorbant est convena- blement agité par le changement de direction qu'il doit effectuer pour redescendre par le tuyau 35 dans la cham-
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bre d* expansion 0 .
Au moment où le courant de gaz traité qui véhicule l'adsorbant pulvérisé pénètre dans la chambre 10 par le tuyau 35,le fait que la section de cette cham- bre est beaucoup plus grande que celle du tuyau 35 déter- mine une expansion du courant de gaz et une diminution de sa vitesse. Il s'ensuit que la vitesse de l'adsorbant ' diminue, de sorte que l'adsorbant est distribué unifor- mément en travers de la section transversale entière
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de la colonne 1& de l ad8(n"beur. Bn outre, l'adsorbant est agité par le courant montant des gaz en cours de traite- ment. Bien entendu, l'adsorbant adsorbe un gaz ou vapeur du mélange aussitôt qu'il entre en contact avec lui, et cette action continue jusqu'à ce que le dit adsorbant passe à travers la chambre ou colonne d'adsorption 12.
Cette adsorption développe de la chaleur et, dans certains cas, la température s'élève à un degré tel que la puissance d'ad-
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sorption de l'adsorbant diminue considérablement. S'il est nécessaire de diminuer cette température, des moyens peuvent être prévus pour adsorber une partie ou la presque totalité de la chaleur engendrée par l'adsorption. Comme représenté, ceci peut être effectué en prévoyant des conduits s'étendant transversalement par rapport au courant de gaz et d'adsorbant et en faisant passer/un fluide réfrigérant tel que l'eau à travers ce courant.
Bien entendu, la construction de la colonne adsorbante peut recevoir des formes diverses. Dans la construction préférée, qui est celle représentée, cette colonne est composée d'une série d'unités représentées plus en détail par les fig.3 et 4. Chaque unité comprend une enveloppe 19 munie à ses extrémités de rebords ou brides 20 per- mettant de fixer les unités adjacentes les unes aux autres. Une série de tubes parallèles 21 s'étendent trans- versalement par rapport à l'unité et établissent la commu- nication entre des espaces réfrigérante 22 et 23 prévus de part et d'autre de l'unité. L'eau réfrigérante pénètre en 24 (fig.3) dans l'espace 23, puis se rend par les tubes 21 à l'espace 22 dont elle sort, par le conduit 25.
Chaque unité peut présenter quatre trous de visite comme représenté, ces trous étant fermés par des couvercles 26. Il existe deux de ces trous dans chacun de deux cotés opposés de l'unité
La colonne 12 peut être composée d'autant d'u- nités que cela est nécessaire pour le traitement des gaz particuliers pour lesquels l'appareil est installé Chaque unité de la colonne peut être alimentée séparément du fluide réfrigérant ou, comme le montre la fig.2, le conduit de sortie 25 de l'unité supérieure peut être relié au conduit d'entrée 24 de l'unité placée directement au- dessous ;.
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Pour mieux agiter les gaz et l'adsorbant dans leur passage à travers la colonne d'adsorption, on peut prévoir des tubes transversaux perforés 46 faisant saillie à l'intérieur d'une des unités ou de plusieurs et alimen- ter ces tubes de gaz par un ventilateur 27, ce dernier pouvant lui-même être alimenté par le tuyau d*admission
17.
La chambre inférieure 11 est plus grande en section transversale que la colonne d'adsorption, de sorte que l'adsorbant pulvérisé se dépose au fond de cette chambre. De préférence, ce fond a la forme d'une trémie qui délivre son contenu dans un transporteur hélicoï- dal ou autre 28 transférant l'adsorbant a. l'activateur B.
Cet activateur peut être de tout type convenable et, comme représenté, il est chauffé par les gaz chauds d'un four F, les gaz **échappant en 29, Le gaz ou vapeur mis en liberté par l'adsorbant s'échappe en 30. L'adsorbant régénéré est retiré de l'activateur et délivré au conduit d'admission 37. à l'extrémité supérieure de l'adsorbeur.
Dans les constructions représentées, ceci s'obtient en amenant l'adsorbant de l'activateur à un courant de gas qui l'élève et le délivre à l'adsorbeur . L'adsorbant peut être retiré de l'activateur et introduit dans le courant de toute manière convenable par exemple à l'aide d'un transporteur à vis 31. Un ventilateur 32 aspire du gaz préférablement traité hors de l'extrémité de distribution de l'adsorbeur et délivre ce gaz par l'intermédiaire d'un appareil réfrigérant 33 au-conduit d'admission 37, l'adsorbant étant délivré par le transporteur 31 à ce courant de telle sorte qu'il est véhiculé par (et maintenu en suspension dans) le gaz traité qui le délivre à l'adsor- beur.
Dans son passage à travers l'appareil réfrigérant 33, l'adsorbant est refroidi.
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Le tuyau ou ajutage 35 est réglable en lon- gueur afin que son extrémité inférieure ou de distribution
35a puisse être élevée ou abaissée pour régler le point où l'adsorbant est délivré dans le courant de gaz montant.
Le courant de gaz véhiculant l'adsorbant se détend dans la chambre 10 au moment où il émerge de l'orifice 35a, sa vitesse diminue et il est ainsi parfaitement agité par le a courant de gaz montant. La position de l'orifice 35 est réglée de telle sorte que l'adsorbant tombe à travers le mélange de gaz montant et ne soit pas dévié vers l'ori- fice d'échappement de gaz18. A cet effet, l'extrémité 35b du tuyau 35 peut être déplacée de façon télescopique sur le corps du tuyau par un câble, 35c, à l'extrémité duquel se trouve un poids 35d qui équilibre la dite extrémité 35b.
Dans certains cas, il peut être nécessaire de prévoir des moyens pour séparer l'adsorbant susceptible d'avoir été entraîné par le gaz sortant en 18, quoique, dans beaucoup de cas, ceci ne soit pas nécessaire. Lors- qu'une telle séparation est nécessaire, la tubulure de sortie 18 peut être reliée à un séparateur d'un type quelconque 38, par exemple du type cyclone.Comme le montre .la fig.l, l'adsorbant que le gaz peut contenir est séparé du gaz dans le cyclone, tombe dans le tuyau 39 et est ramené par un transporteur 40 à l'appareil réfrigérant 33.Le gaz traité qui sort du séparateur 38 est conduit par le tuyau 41 à l'admission du ventilateur 32.
Bien entendu, le volume de gaz délivré au ventilateur 32 est plus faible que le volume de gaz traité quittant l'adsorbeur par la tubulure d'échappement 18. La quantité de gaz en excès sur celle qui est nécessaire pour alimenter le ventilateur 32 se rend par un tuyau 42 à un ventilateur 43. Le volume de gaz délivré par le ventila-
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teur 43 et le volume de gaz fourni au ventilateur 32 peuvent bien entendu être déterminée par les vitesses respectives des deux ventilateurs.
Si on le juge nécessaire, un autre séparateur 44 peut être intercalé entre le tuyau
42 et le ventilateur 43, ce séparateur pouvant par exemple être du type à sacs*
Il ressort de ce qui précède que l'adsorbant passe à travers le courant du mélange de gaza traiter dans une direction qui est contraire au mouvement du courant et qu'on obtient une distribution uniforme et parfaite de l'adsorbant dans le courant de gaz* Il en résulte que l'adsorbant adsorbe le gaz ou vapeur prédéterminé dans la mesure la plus grande possible * En d'autres termes, l'adser- bant devient saturé du gaz ou Tapeur presque jusqu*au degré de saturation maximum* En raison de cette augmenta- tion de la saturation. la quantité d'adsorbant qui cir- cule est relativement faible.
de sorte que l'appareil entier est lui-même de dimensions réduites, c'est-à-dire que l'adsorbeur, l'activateur* les vis transporteuses, etc. sont tous de dimensions minima, de sorte que le coût de la construction et de l'exploitation d'une installation de ce type est réduit au.minimum.
L'adsorbant préféré pour la présente invention est un gel dur, poreux et pulvérisé tel que le gel sili- @ ceux. D'autres gels similaires, tels que les gels d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de tungstène, d'oxyde stannique, etc. pourraient être employés* @
On remarquera que les tubea réfrigérants 21 intersectent lea chemins du courant de mélange de gaz et de l'adsorbant et agissent par conséquent à la façon de chicanes pour effectuer un mélange parfait des gaz et de l'adsorbant
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Dans le fonctionnement de l'appareil de fig.l,
le mélange de gaz est délivré à l'unité d'adsorbeur par la tubulure d'admission 13 et ces gaz montent à travers l'adsorbeur à une vitesse telle qu'elle permet à l'adsor- bant pulvérisé de tomber lentement à travers le courant en sens inverse de son propre mouvement* La période de contact désirée entre le mélange de gaz et l'adsorbant peut être assurée en réglant la vitesse du courant de gaz, la quantité d'adsorbant et son degré de pulvérisation.
Une ou deux opérations préliminaires permettront de déterminer la valeur convenable de ces facteurs. Dans la pratique, des vitesses aussi élevées que 30 à 45 mètres par minute ont été appliquées avec succès pour le courant montant du mélange de gaz à travers la chambre d'adsorption.
Dans son mouvement d'élévation à travers l'adsor- bant descendant, le gaz ou vapeur est adsorbé par le mélange et les gaz restants ou traités sortent par la tubulure d'échappement 18. Une partie du gaz traité est ramenée à l'adsorbeur par le conduit d'admission 37 et le reste est retiré de l'appareil par le tuyau 42 .
L'adsorbant qui s'accumule à la partie infé- rieure de la chambre de séparation 11 est transféré à l'activateur B dans lequel il est régénérée puis introduit dans le courant de gaz traités qui est délivré au conduit d'admission 37. On remarquera que la chambre 10 est agran- die en comparaison avec la chambre d'adsorption 12 et a en comparaison avec le tuyau d'admission 35 . Il en résulte que dans la descente de l'adsorbant à travers le courant montant du mélange de gaz, cet adsorbant se trouve, disséminé parfaitement et uniformément dans toutes les parties de la section transversale de ce courant. En outre, les tubes réfrigérants contribuent à assurer un mélange parfait et le gaz délivré à travers les tubes agitateurs 46 contribue aussi à ce résultat.
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L'appareil des fig.l à 4 est extrêmement satis- faisant, mais la vitesse du gaz à travers l'adsorbeur ne peut pas dépasser environ 45 mètres par minute, de sorte que le taux de transfert de chaleur au tube réfri- gérant est relativement faible. Cet appareil est toute- fois très efficace pour le traitement de faibles quantités de gaz. Si l'on désirait traiter de grands volumes de gaz, la section transversale de l'adsorbeur deviendrait trop grande. Pour surmonter cette difficulté, on peut adopter la disposition représentée sur la fig.5.
On sait que, pour un poids défini de gaz par minute se mouvant à une vitesse linéaire définie, le poids d'adsorbant qu'il est possible de maintenir en suspension dans le courant de gaz peut être calculé avec un degré élevé d'exactitude. L'exemple suivant 'fera mieux comprendre le fonctionnement de l'adsorbeur per- fectionné de fig.5 .
On supposera que, dans une installation du type d'adsorbeur à contre-courants le poids d'adsorbant qu'il est nécessaire de faire circuler par minute pour adsorber complètement l'élément désiré du mélange est de 45 kg. et que le poids de gaz circulant, par exemple à 300 mètres de vitesse linéaire, suffit pour recueillir par minute 16 kg. d'adsorbant descendant. Il est évident que si l'on introduit 61 kg. d'adsorbant dans la partie supérieure du compartiment à adsorbant 45 kg., ou la quantité requise, descendront en antagonisme au courant montant de gaz.
Pour les valeurs ci-dessus, on a trouvé dans le cas d'un adsorbant tel que le gel siliceux, que l'adsorbant doit être pulvérisé de façon à posséder approximativement la composition suivante :
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<tb> 1,80 <SEP> % <SEP> sont <SEP> arrêtes <SEP> par <SEP> un <SEP> tamis <SEP> de <SEP> 248 <SEP> mailles <SEP> au <SEP> cm2
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&,80 . - - - - 560 # - ## g', 111 f1 r r - 992 - - # 18,80% - - - w r -1552 - - - 49,20% - - " - -6200 ## - 11940% - - - 15950 - r
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<tb> 8,60 <SEP> % <SEP> passent <SEP> à <SEP> travers <SEP> un <SEP> tamis <SEP> de <SEP> 13950 <SEP> mailles <SEP> au <SEP> cm2.
<tb>
Pour faire circuler la quantité additionnelle d'adsorbant, l'appareil de fig.l peut être légèrement modi- fié comme le montre la fig.5. Dans cette variante, l'adsor- bant délivré par le séparateur cyclone, au lieu d'être con- duit à la partie inférieure du réfrigérant 33 et d'être introduit à cet endroit dans le courant de gaz traité avec 'adsorbant régénéré, est immédiatement ramené au tuyau 35 qui relie le dôme 36 à la chambre d'expansion 10
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située au sommet de 1*adourbeurs Ceci $'obtient en reliant le conduit 5p par lequel I$adaorbant s'échappe du cyclone au tuyau 35 par deux vis transporteuses,. 51 52.
Le trans- porteur 51 délivre la matière à une trémie 53 dans laquel- le elle se déverse en passant par-dessus les bords supé- rieurs d'un tube d'alimentation vertical 54.Le transpor- teur 52 conduit l'adsorbant de la trémie 53 directement dans le tuyau 35 où il se mélange avec l'adsorbant péné- trant dans le dôme 36.
Le tuyau d'alimentation 54 que renferme la tremié 53 contient une colonne verticale d'adsorbant qui doit être refoulée vers le haut par le transporteur 51, cette action étant facilitée par les filets de pas inver- ses 55 prévue sur l'extrémité du transporteur, au-delà du dit tuyau 54. Cette colonne de matière est fortement comprimée et se déverse par-dessus le sommet du tuyau d'alimentation en empêchant tout passage de gaz à travers le transporteur 51. Comme le ventilateur à gaz traité 32 retire constamment du gaz du cyclone 38 et l'introduit dans le dôme 36 avec l'adsorbant régénéré, il est évident
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que la pression régnant dans le tuyau 35 est plus grande que celle régnant dans le cyclone 38.
Par conséquent, la. colonne du tuyau 54 a pour rôle d'empêcher le gaz de passer du/tuyau 35 dans le conduit par lequel l'adsorbant sort du cyclone,.'
II n'est pas pratique d'obtenir le supplément d'adsorbant par la construction de fig.1, étant donné que, dans le but de faire circuler le dit supplément par cette disposition il faut que le ventilateur 32 délivre à travers le réfrigérant une quantité plus grande de gaz traitée pour entratner l'adsorbant* Ce supplément de gaz nuirait sérieusement au fonctionnement du dispositif et exigerait un supplément d* énergie pour sa remise en circu- lation .
Un supplément d'absorbant est soulevé par le mélange gazeux montant à travers la colonne de l'adsor- beur en raison de la vitesse plus grande donnée au gaz dans la présente construction de sorte que, non seule- ment les particules les plus petites sont transportées dans le cyclone comme dans la construction de fig.l, mais une certaine quantité des particules plus grosses y sont aussi transportées
Le fonctionnement de la construction de fig.5 est analogue à celui de fig.1, mais une quantité plus grande d'adsorbant circule et le ventilateur à mélange de gaz 15 possède une puissance telle qu'il peut refouler le gaz non traité à la vitesse désirée (300 mètres par minute ou davantage si on le désire) à travers la colonne,
La vitesse du gaz est telle qu'une certaine quantité de l'adsorbant est maintenue en suspension de la façon précé- demment expliquée la vitesse du gaz dans la chambre d'expan- sion 10 est diminuée de façon que le gaz laisse tomber une certaine quantité d'adsorbant. L'adsorbant qui est encore
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en suspension passe avec le gaz traite par la tubulure d'échappement 18 et, de là, au cyclone 58. Dans ce dernier, l'adsorbant se sépare et est ramené au tuyau d'alimenta- tion 35 par les vis transporteuses 51 et 52.Le gaz traité continue son chemin par le tuyau 41 et l'appareil de recir- culation, comme décrit relativement à fig*l.
La raison pour laquelle une quantité d'adsor- bant est conduite à travers la chambre d'expansion 10 et dans le cyclone est que, quoique la vitesse du gaz soit diminuée dans une certaine mesure dans la chambre d'expan- sion, la vitesse de l'adsorbant n'est pas diminuée dans une proportion directe et l'adsorbant passe ainsi dans le cyclone.
On voit que le fonctionnement de la seconde forme de réalisation est basé sur la remise en circulation d'une quantité d'adsorbant en excès sur celle nécessaire pour l'adsorption sensiblement complète de l'élément désiré du mélange de gaz, lequel excès est égal à celui qui peut être maintenu en suspension par la colonne de gaz montant dans l'adsorbeur. Cet excès n'est pas remis en circulation d'une façon continue; il en passe une partie d'une façon continue à travers l'adsorbeur et cette partie est rempla- oée par l'adsorbant régénéré transporté de bas en haut à travers le réfrigérant.
Ainsi, l'excès d'adsorbant sur la quantité qui eat nécessaire pour assurer une adsorption pratiquement complète, lequel excès sert à assurer la circulation de la quantité nécessaire à travers l'adsorbeur n'est pas sans effet en ce qui concerne l'adsorption, puisqu'il n'est pas complètement saturé de l'élément adsor- bable des gaz mélangée*
La vitesse des gaz mélangés peut être augmen- tée très notablement par la construction qui vient d'être décrite. Des vitesses supérieures à 300 mètres par minute ont été obtenues dans la pratique avec des résultats très
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satisfaisants. A cette vitesse, le taux de transfert de la chaleur aux tubes réfrigérants est considérablement augmenté et leur nombre peut être diminué.
De même, la section transversale de l'adsorbeur n'a pas besoin d'être aussi grande, et sensiblement toutes les autres pièces peuvent être réduites en ce qui concerne les dimensions, le poids et le coût .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.