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"PROCEDE POUR LA RECUPERATION DE GAZ OU VAPEURS A L'AIDE DE MATIERES ADSCRBANTES SOLIDES AVEC RECUPERATION DE CALORIES
PAR ACCUMULATION"
Les procédés usuels de récupération de gaz ou vapeurs consistent à faire circuler le mélange de gaz et vapeurs à travers la masse adsorbante contenue dans un filtre approprie jusqu'à obtention de la charge désirée. Cette masse ainsi chargée est traitée par la vapeur d'eau pour l'extraction du solvant. Le mélange des vapeurs d'eau et de solvant est condensé dans un réfrigérant, le solvant étant par la suite sépara de toute manière convenable d'avec l'eau.
Après extraction, surtout s'il n'y a pas eu de préchauf-
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fage de la masse adsorbante et également s'il n'a pas été fait usage de vapeur surchauffée, il se produit une humidifica- tion'considérable de l'adsorbant par suite de la vapeur dteau qui s'y condense : a) pour élever la température jusqu'à 100 ; b) pour expulser le solvant.
La matière adsorbante doit en outre subir un refroi- dissement avant de pouvoir être réutilisée pour une nouvelle adsorption.
Les procédés essentiels pour régénérer l'adsorbant en vue d'un nouveau cycle d'adsorption, consistent tout d'abord à sécher l'adsorbant au moyen d'un courant d'air chaud, puis à refroidir au moyen d'un courant d'air froid.
L'inconvénient de ces procédés réside dans le fait qu'il faut dépenser de nouvelles calories pour chauffer ltair servant au séchage.
La présente invention a pour objet la réalisation d'une économie thermique considérable et présente en outre les avantages d'une réalisation simple et peu coûteuse de première installation et d'exploitation.
Le principe de l'invention est basé sur la récupéra- tion des calories dégagées par la condensation des vapeurs sor- tant de la masse adsorbante, en phase dtextraction, en vue de leur utilisation pour le chauffage de l'air ou des gaz de sécha- ge, par l'emploi d'une masse, dite masse thermique, jouant le rôle d'accumulateur de chaleur.
L'accumulation de chaleur dans la masse thermique permet tout particulièrement de réduire dans des proportions considérables la surface d'échange des condenseurs et réfrigé- rants utilisas normalement pour la condensation et la réfrigé- ration des solvants et gaz ou vapeurs d'extraction. L'économie thermique réalisée diminue ou supprime la vapeur pour le chauf- fage et le séchage de la masse après extraction et l'eau froide nécessaire à l'alimentation des condenseurs et réfrigérants.
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Pour la réalisation de l'invention on place,intérieu- rement ou extérieurement à l'adsorbeur, une masse thermique sur le passage des gaz et vapeurs. Cette masse peut être cons- tituée,selon les besoins, par des galets de silex ou toute autre matière analogue empilée, par un bloc de matière quelconque offrant en même temps qu'une surface d'échange suffisante, un volant thermique approprié (par exemple, bloc métallique ou de ciment percé de canaux de toutes sortes ou formes), par des tubes à ailettes, par un faisceau tubulaire dans lequel l'espace extérieur ou intérieur des tubes peut être rempli de liquides, (par exemple, solutions de sels à chaleur de cristallisation élevée, solutions diluées, ou saturées ou en surfusion, ou soli- des, y compris les alliages métalliques à chaleur spécifique ou de fusion avantageuse).
Cette masse thermique est traversée par le distillat et les vapeurs, en phase d'extraction, qui lui abandonnent leurs calories. Ces calories sont rendues au gaz ou à l'air de séchage qui traversent également la masse thermique avant d'atteindre la masse adsorbante.
Il sera avantageux de calculer la capacité calorifi- que de la masse thermique pour que son refroidissement progres- sif par l'air froid auquel elle cède des calories en phase de séchage, coincide avec la durée de la phase de séchage.
Il en résulte tout naturellement que si on continue, le séchage de la masse adsorbante étantréalisé, à insuffler de l'air froid à travers la masse thermique, elle ne retardera pas le refroidissement de la masse adsorbante préalablement séchée.
On voit ainsi qu'il y a une grande simplicité de manoeuvre puis- que la phase de refroidissement succède naturellement à la phase de séchage sans qu'il soit nécessaire de fermer ou de régler aucune vanne.
Selon l'invention, dans certains cas, il y a également avantage à placer dans le courant gazeux entre la masse thermi- que et la masse adsorbante des faisceaux tubulaires, serpentins, tuyaux à ailettes alimentés à volonté par de la vapeur ou de
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lteau froide pour compléter le chauffage ou le refroidisse- ment des gaz tant en phase d'adsorption, qu'en phase de séchage ou de refroidissement.
Selon l'invention, dans certains cas, il y a également avantage à réchauffer ou à refroidir directement la masse thermique au moyen d'une injection de vapeur directe sur cette masse ou d'un arrosage par de l'eau fraîche de façon à augmenter les calories ou les frigories disponibles. On peut également, toujours d'après l'invention, prolonger l'arrosage de la masse thermique pendant la phase d'adsorption, afin de refroidir les gaz arrivant à l'adsorption, ce qui est un avan.- tage si ceux-ci sont chauds.
Les dessins ci-annexés représentent, à titre d'exemple, deux formes d'exécution typiques et suffisantes pour la compréhension de l'invention. Sur les deux figures, les mêmes lettres et chiffres de référence désignent les mêmes éléments ou organes. Il va de soi que l'invention englobe nécessairement toutes utilisations de plusieurs appareils soit en série soit en parallèle, et les combinaisons de plusieurs appareils sous forme d'éléments constituant un ensemble multicellulaire.
La figure 1 représente schématiquement une coupe verticale d'un adsorbeur ou filtre dans lequel la masse adsor- bante B et la masse thermique A sont disposées en deux couches horizontales superposées dont la hauteur et la surface peuvent varier dans des limites très larges.
La forme de l'adsorbeur ou filtre représentée par la figure 1 est cylindrique, mais toute autre forme peut égale- ment convenir.
Chaque adsorbeur (ou élément d'adsorbeur) contient dans sa partie inférieure une masse thermique A supportée s'il y a lieu par une grille 13 et constituée comme indiqué ci-dessus, le volume de cette masse peut varier dans des limi- tes très larges; dans la partie supérieure de ltadsorbeur se trouve la masse adsorbante B supportée par une grille 2 et constituée de préférence par du charbon actif, du gel de silice
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granulé, un mélange de ces deux adsorbants ou tout autre produit adsorbant solide. Le volume de la masse adsorbante peut également varier dans de très larges limites.
A titre d'exemple et en utilisant comme masse thermique des galets de silex et comme masse adsorbante du charbon actif, le volume du charbon par rapport à celui des galets est de 2:1 à 1:1 selon les propriétés des solvants à récupérer.
L'adsorbeur possède un nombre variable de tampons de chargement, de la masse thermique: 8, de la masse adsorbante: 10 et de déchargement,, de la masse thermique: 9, adsorbante: 11 ainsi que des tubulures pour thermomètre 12. Les vannes ou olapets nécessaires ne sont pas figurés. Au cours des opéra- tions de chargement (adsorption des solvants), d'extraction (désorption), de séchage et de refroidissement de la masse ad- sorbante, les différents gaz et (ou) vapeurs suivent les parcours diaprés désignés et les phénomènes ayant lieu dans ces différentes phases, sont les suivants :
Le mélange de gaz et (ou) gaz-vapeurs entre par 1 (par l'une des branches d'une fourche permettant aussi bien l'arrivée des produits à adsorber que de l'air servant en fin de cycle au séchage et au refroidissement de la matière adsor- bante), traverse la grille 13, la masse thermique A, froide, la grille 2 et pénètre de bas en haut à travers la masse adsor- bante B pour finalement après avoir été débarassé de tous solvants récupérables, être évacué par la sortie 3 et dirigé dans la cheminée d'évacuation. La masse adsorbante B se charge de plus en plus en produits récupérables et dès qu'elle a atteint le taux de chargement voulu (rupture) le passage du mélange gaz et vapeur, est arrêté ou dévié sur un autre adsorbeur.
On établit la communication entre la sortie 5 et le condenseur qui lui-même peut être branché sur un séparateur ou tout autre appareil approprié, on amène ensuite peu à peu, et à la vitesse désirée, de,la vapeur par la conduite 4, Cette
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vapeur surchauffée ou non au contact de la masse adsorbante B relativement froide, provoque, par sa condensation, un réchauffement tout d'abord des couches supérieures et peu à peu de toute la masse qui entraîne la vaporisation du solvant.
Dans les couches non encore chauffées, les vapeurs de solvant se condensent, en partie ou en totalité, et ces couches subissent de ce fait une première extraction par le solvant liquide.
Au fur et à mesure de l'extraction et par le seul réglage de la vitesse d'introduction de la vapeur, la masse adsorbante B tout entière est plus ou moins rapidement portée à la température de la vapeur d'eau utilisée. Le distillât et les vapeurs traversent la grille de support 2 et pénètrent de haut en bas à travers la masse thermique À. Celle-ci s'échauffe, au fur et à mesure de la progression de l'extraction des sol- ' vants, et est portée finalement à la température de la vapeur.
Pendant son réchauffage la masse thermique A accumule ainsi toutes les calories correspondant à la chaleur dégagée par la condensation des vapeurs sortant de la masse adsorbante.
Les produits non condensés dans la masse thermique A et éventuellement le peu de vapeur n'ayant pas été condensée par cette masse, quittent l'adsorbeur par la conduite 5 pour être dirigés sur le condenseur, séparateur et récepteur. Les produits condensés (eau et solvant) sont éliminés par cette même conduite.
Selon qu'il a été fait usage pour la désorption de vapeur surchauffée ou non surchauffée, la masse adsorbante B sera plus ou moins humide. Pour la sécher et après avoir fermé la conduite de vapeur 4 et la sortie 5 vers le condenseur, on fait pénétrer de l'air par la tubulure 1. Cet air en traversant la masse thermique A se réchauffe et permet le séchage rapide de la masse adsorbante B, l'air de séchage quitte l'adsorbeur par la tubulure 3 et peut être soit évacué à l'air libre, soit être repris après avoir traversé un séparateur d'eau pour re- venir en circuit fermé.
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L'air de séchage peut également être remplacé par. des gaz ou mélange de gaz débarassés ou non des solvants récu- pérables. Pour la circulation méthodique, on peut, entre autres, utiliser les appareils et dispositifs faisant l'objet du brevet belge N 334.718, en date du 17 Juin 1926 et'dès-brevets de perfectionnement Nos 344.162 et 353. 540, y rattachés. àprès séchage de la masse adsorbante B on passe à son refroidissement qui est opéré de la façon la plus simple en introduisant si nécessaire, par le collecteur d'eau 7, de l'eau froide, arrosant la masse thermique A; l'air ou les gaz ainsi refroidis n'entraînent comme humidité que la faible quantité d'eau correspondant à leur saturation aux températures basses d'arrosage.
Dans le cas particulier de l'emploi comme masse adsorbante de charbon actif qui de toute façon ne présente vis à vis de l'eau qu'un pouvoir adsorbant excessivement faible, l'utilisation du gaz saturé d'eau aux basses températures ne présente aucun inconvénient sérieux.
Il suffit donc dans toutes ces opérations d'utiliser les calories produites pendant l'expulsion des solvants adsorbés, calories qui sont pratiquement complètement emmagasinées par la masse thermique A pour servir par la suite à réchauffer les gaz de séchage, ceux-ci refroidissant très sensiblement la dite masse thermique A de sorte quelle n'exige généralement qu'un faible arrosage pour permettre en fin de cycle le refroidissement rapide de la masse adsorbante B.
Sur la figure 2, l'adsorbeur comprend les mêmes, organes et éléments essentiels que l'adsorbeur de la figure 1.
La masse thermique à est contenue dans un récipient ouvert en bas et en haut. La masse adsorbante B se trouve placée dans un récipient de forme annulaire entièrement fermé en bas et en haut et possédant des parois latérales perforées ou gril- lagées 2 et 2'. Le récipient annulaire contenant la masse adsorbante B est relié à sa base à la partie évasée de l'adsor- beur par une fermeture étanche, de sorte qu'il y a compartimen-
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tation entre la partie extérieure de cet espacé annulaire et intérieure. Dans la partie extérieure se trouve placé une arrivée de vapeur circulaire 4 et l'espace annulaire intérieur est relié par une purge 6 à l'évacuation des produits sortant de la masse thermique par 5.
Dans sa partie haute, le récipient annulaire contenant la masse adsorbante B est relié dtune façon étanche au couvercle de ltadsorbeur. Toute circulation de gaz ne peut donc se faire qu'en traversant entièrement la masse thermique A et la masse adsorbante B.
L'adsorbeur figure 2, diffère de celui de la figure 1 par la disposition des masses thermique À et adsorbante B. Ces masses sont également constituées de toutes matières analogues à celles décrites ci-dessus. La masse thermique A est placée à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique 14 et séparée par un espa- ce libre d'avec la masse adsorbante B.
L'appareil comprend les organes de chargement et de déchargement des masses thermique A et adsorbante B, les gaines pour thermomètre qui portent les désignations identiques à celles de la figure 1. L'air de séchage et les mélanges de gaz ou gaz-vapeur à adsorber pénètrent par la tubulure 1, traversent la masse thermique A, sortent du récipient 14 de la masse thermi- que A entièrement ouvert à sa partie supérieure, et pénètrent dans la masse adsorbante B en passant par l'espace libre entre la. masse thermique A et la masse adsorbante B, les grilles de rete- nue de la masse adsorbante 2 et 2' et sont évacués par l'espace libre entre la masse adsorbante B et l'enveloppe extérieure de l'adsorbeur pour arriver à la tubulure de sortie 3.
La masse adsorbante B suffisamment chargée, on passe à l'extraction (désorption) en introduisant à l'allure voulue de la vapeur à l'aide de la conduite d'arrivée circulaire 4. Les produits de condensation pouvant éventuellement provenir d'une condensation dans la masse adsorbante B, sont évacués par la, purge 6. Les vapeurs sortant de la masse d'adsorption B pénètrent de haut en bas à travers la masse thermique A et sont évacuées
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avec les parties condensées par 5 et dirigées sur le condenseur-réfrigérant.
Le séchage de la masse adsorbante B chaude, se fait comme décrit ci-dessus en regard de la figure 1 par de l'air pénétrant par 1, se réchauffant en A, traversant la grille 2, la masse 8 et la grille 2' pour être évacué par 3. Ici comme dans l'exemple précédent l'air de séchage peut naturellement être remplacé par des gaz débarrasses ou non des produits adsor- bables et l'un et l'autre peuvent au lieu d'être évacués direc- tement à l'air libre, être repris en circuit fermé comme dans l'exemple précédent.
?our refroidir les gaz servant au refroidissement de la masse adsorbante B, on peut comme dans le premier exemple, arroser la masse thermique A par de l'eau froide provenant de,la tuyauterie 7. Le processus étant en toute pièce le même.
Chaque fois que la masse thermique sera constituée par des galets ou autres matériaux entassés ou empilés, la masse sera supportée par une grille 13 appropriée.
L'adsorbeur unicellulaire (représenté sur les dessins) est adopté de préférence pour le traitement des gaz ou vapeurs adsorbables fortement dilués par les gaz peu ou non adsorbables.
Pour les mélanges riches provoquant une forte élévation de tem- pérature ou pour toute autre raison (par exemple adsorption frac- tionnée, utilisation de mélanges chauds) on a avantage à utiliser des adsorbeurs multicellulaires, toutes les cellules sont mon- tées en série, et seule la sortie de la dernière cellule est reliée directement à la cheminée d'évacuation.
Ce montage en série des éléments présente pendant la. période d'adsorption les avantages des masses adsorbantes en couches de faible hauteur ou épaisseur, un refroidissement intermédiaire avant chaque nouvelle adsorption, et pendant l'ex- traction le traitement individuel de chaque élément.
Sans sortir du cadre de l'invention, il est également possible de monter les différents adsorbeurs ou él éments en parallèle dans le but de réduire au minimum les pertes de charge
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aussi bien pendant l'adsorption que pendant la désorption, le séchage et le refroidissement.