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:La présente invention se rapporte à la séparation des fluides au moyen d'appareils centrifuges. Elle vise plus particulièrement un procédé et un appareil permettant la. séparation centrifuge à vitesse élevée des constituants des mélanges gazeux.
On a déjà proposé d'opérer la séparation d'un. mélange formé par des gaz ayant des densités différentes au moyen de l'action centrifuge, mais, jusque ce jour, les difficultés exceptionnelles entraînées par la construction d'appareils convenables n'ont pas permis d'obtenir des résultats pratiques satisfaisants.
L'efficacité d'un appareil destiné à accomplir cette opération dépend principalement de deux facteurs. En premier lieu, une vitesse suffisamment élevée doit être communiquée aux gaz; en outre, l'enlèvement des constituants plus ou moins séparés doit être opéré de manière continue et sans nécessiter un arrêt de l'appareil. Oette dernière conséquence exige que les gaz traités à chaque stade s'approchent des conditions
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d'équilibre de la séparation correspondant théoriquement à ce stade afin que l'enlève- ment des gaz dans 2'appareil puisse être fait en partant de l'état d'équilibre.
Jusqu'à présenta le type d'appa- reils utilisés commportait essentiellement un récipient ou tambour cylindrique capable de tourner rapidement autour de son axe.
Dans un appareil de ce genre, les gaz les plus denses du mélange sont chassés vers la périphérie du tambour tandis que les consti- tuants les plus légers restent près du centre et des dispositifs sont ménagés en vue de l'enlèvement continu des gaz ainsi sépa- rés. Toutefois, le degré de séparation obtenu
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d::-:n8 oeqappareils a, jusqu'ici, touJcvrè ét6 très petit parce qu'il est limité directement par la vitesse périphérique maxima pemmise par le récipient rotatif. Il a été trouvé que des vitesses périphériques beaucoup plus élevées sont nécessaires pour l'obtention du résultat cherché et, en fait, ces vitesses sont si élevées qu'il serait impossible de les obtenir avec le genre d'appareil jusqu'ici utilisé dans ce but.
Ainsi, aucun cylindre métallique, même épais, ne pourrait résister aux efforts dus à une vitesse périphérique élevée telle/que, par exemple, une vitesse de 600 mètres à la seconde, vitesse de l'ordre de celle dont l'utilisation est envisagée ici.
Suivant la présente invention, un
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appareil approprié à l'obtention du résultat ci-dessus peut être constitué au moyen de deux récipients côniques creux, assemblés de manière telle que leurs jantes se trouvent en regard, cet appareil creux étant pourvu d'or- ganes permettant de lui communiquer une rota- tion autour de l'axe commun aux deux cônes.
Le moyen essentiel et nouveau mis en appli- cation dans la. construction de cet appareil consiste à établir les parois du récipient avec une épaisseur plus grande au centre qu'à la périphérie afin que les efforts développés au cours de la marche de l'appa- reil puissent être approximativement égaux en tous points. Ainsi, en coupe, les parois métal- liques suivant une ligne parallèle à l'axe de rotation présentent une section graduellement décroissante à mesure que la distance de cette section à l'axe augmente.
Il a été trouvé que cette construction est la seule qui résiste aux vitesses périphériques ex- trêmement élevées que l'on désire utiliser; de préférence, les parois du récipient sont cintrées (dans un plan passant par l'axe) de manière telle que les faces inter- nes du récipient soient convexes l'une par rapport à l'autre. L'arbre sur lequel le récipient est monté est, de préférence, creux de telle sorte que le mélange gazeux initial puisse passer le long de l'arbre creux et accéder ainsi dans l'appareil tandis que les gaz les plus légers, séparés du mélange, peuvent s'échapper
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à travers l'autre extrémité de l'arbre creux, une partie solide de l'arbre séparant l'entrée de la sortie.
Des aubes radiales réunissant les côtés opposés du récipient peuvent être disposées dans l'appareil de manière à imprimer aux gaz contenus dans celui-ci un mouvement tourbil- lonnaire afin que tous ces gaz soient soumis à l'aotion de la force centrifuge. Une oloison est disposée entre l'entrée et la sortie des gaz dans l'appareil; cette cloison est montée sur l'arbre et s'étend à une certaine distance de cet arbre-vers la périphérie de l'appareil. Les gaz les plus denses s'échap- pent à la périphérie de l'appareil à travers des tuyères ménagées dans la jante pleine de la roue. Ces tuyères ont la forme d'orifices dirigés vers la sortie et sont aussi tangentes que possible par rapport à la cir- conférence.
Ces tuyères sont dirigées dans une direction opposée à celle de la rotation de l'ap- pareil et, à travers celles-ci, les gaz les plus denses s'échappent avec une vitesse élevée due à la pression élevée régnant dans la chambre de séparation au voisinage de cette jante. Grâce à la forme des tuyères,. une partie considérable de l'énergie emmagasinée dans les gaz comprimés est transmise au rotor et, ainsi, la puissance requise pour entraîner l'appareil =@ se trouve réduite considérable- ment.
Avec l'appareil ci-dessus décrite il est possible d'obtenir des vitesses si élevées
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que la, compression des gaz due à la force oentrifuge est considérable et quand la température est inférieure à la température , critique du gaz ou des gaz, la liquéfaction peut être réalisée.
Dans ce cas, l'efficacité de la séparation peut approcher de 100 le. puis- que la densité du liquide excède considé- rablement celle du gaz dont celui-ci est for- mé à la condition que la température ne soit pas trop voisine de la température critique.
L'écart entre la densité du gaz et la den- sité du liquide est d'autant plus grande que la température est plus basse et, par conséquent, il est très avantageux de travailler à une basse température. Dans ce but, le mélange gazeux admis dans l'appa- reil peut être refroidi préalablement et clans quelque oas, comprimé préalablement.
Comme exemple de séparation de gaz exécutée conformément au principe ci-dessus défini., on peut mentionner que l'acide carbonique peut être séparé des gaz qu'il contient.
Des particules d'acide carbonique liquide sont formées près de la périphérie du rotor et sont projetées extérieurement à celui- ci à travers les tuyères tangentielles, Dans cette projection, un pu d'acide carbonique se gazéifie et une partie peut se congeler à l'état solide, mais l'effet calorifique résultant de la liquéfaction tend à empêcher cette solidification. Afin d'assurer un enlèvement continu de l'acide carbonique à
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l'état liquide, la chaleur de liquéfaction libérée dans l'appareil doit être enlevée et le froid produit par l'évaporation subséquente du liquide peut être utilisé dans oe but.
Comme oes effets calorifiques se compensent, il n'est pas nécessaire de re- courir à des moyens extérieurs pour enlever la chaleur et il suffit de conduire les frigories dégagées par la détente de l'acide carbonique à travers une enveloppe extérieure pour que celles-ci puissent être transmises au système tournant.
Ce nouveau procédé de séparation des gaz condensables peut être exécuté seulement en recourant à la disposition d'appareil décrite qui permet d'ohtenir des vitesses périphériques jusqu'ici impossible à réaliser. Alors que cette disposition permet une séparation beaucoup plus parfaite du gaz condensable contenu dans un mélange d'avec un ou plusieurs gaz permanents contenus dans ce mélange, elle est également très efficace pour le traitement de mélanges de gaz formés uniquement de gaz permanents, mélanges tel que l'air.
Lorsque les gaz perma- nents sont traités, un passage de ceux-ci à travers l'appareil peut ne pas être suffi- sant pour effectuer la séparation e t, alors, les fractions les plus légères ou les plus lourdes obtenues au moyen de ce premier appareil peuvent être envoyées dans un autre appareil similaire pour un traitement ultérieur. De cette manière, un fractionnement
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de ce mélange gazeux initial peut être obtenu.
Les figures 1 et 2 montrent, en ooupe, un appareil du type précité.
La figure 1. se rapporte à une coupe longitudinale de cet appareil et
La figure 2 est une coupe normale de'l'axe de cet appareil.
1 est le rotor;2 le stator dans lequel est monté l'arbre sur lequel est fixé le rotor. Le mélange gazeux est admis par l'une des extrémités de l'arbre, en 3; les parties du gaz dans lesquelles les constituants les plus légers dominent, quittent l'appareil en 4 et les parties de gaz contenant, en proportion dominante, les gaz les plus denses sortent en 5. 6 est une cloison mé- diane destinée à guider les gaz entrant dans le rotor, à travers l'arbre creux, pour obliger ceux-ci à traverser l'espace 7 et les soumettre à l'action de la force centrifuge avant qu'ils ne passent à travers les orifices de sortie ., à travers l'arbre creux,,du côté opposé à cette cloison.
L'une des tuyères à travers laquelle les gaz les plus lourds quittent le rotor est représentée en 8, figure 2, et l'une des aubes radiales, en 9. Il y a lieu de noter que les parois du rotor sont plus épaisses au voisinage de l'arbre en 10 qu'à la périphérie en 11 et c'est seulement grâce à cette disposition que les vitesses élevées nécessaires peuvent être atteintes dans la pratique.