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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION Madame Marta ZANDER née KLOAS " Procédé et dispositif pour la séparation ou la récupération des matières contenues dans les gaz, vapeurs ou brumes ".
La présente invention se rapporte à un procédé pour la séparation ou la récupération des matières qui se trouvent e@ fines divisions à l'état d'agrégat solide ou fluide dans les milieux gazeux, vaporeux ou brumeux, ainsi qu'aux dispositif: pour l'application de ce procédé .
On a essayé jusqu'ici de séparer ces matières en faisani passer les corps qui les tiennent en suspension dans un cana@ pourvu de surfaces saillantes de direction et en renversant le courant, les matières contenues dans ces corps devant être ainsi éliminées en vertu de leur force cinétique. Les procéda connus de ce genre se sont cependant manifestés comme compte'
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tement insuffisants en ce que, pendant le renversement du cou- rant, ils n'exploitent pas l'énergie cinétique dans la mesure nécessaire pour la séparation.
Une séparation ou élimination irréprochable est assurée, suivant l'invention, par l'énergie cinétique en ce qu'à partir du commencement du renversement et, par suite, dans toute la portée de séparation de la surface intéressée et en tenant compte de la contraction, la vitesse du courant de gaz est diminuée ou en tout cas n'est pas augmen- tée. Il en résulte qu'à partir du renversement du corps, les matières conduites par le courant gazeux sont maintenues dans leur trajet et, en tout cas, ne sont pas déviées dans une pro- portion croissante. Le risque de l'entraînement de ces matières par la circulation du gaz se trouve ainsi diminué .
Un dispositif de séparation correspond alors à ce principe si les surfaces qui se suivent les unes au-dessus des autres dans la direction du courant gazeux ( surfaces de choc ) sont disposées de telle sorte que les sections mesurées entre le bord libre de la surface de choc,d'une part, et la paroi du oanal ou jusqu'au, bord libre de la surface de choc immédiate - ment suivante, d'autre part, augmentent constamment. Cette augmentation des sections a pour conséquence que la vitesse du courant décroît en proportion ou demeure égale .
Les dessins ci-joints montrent des exemples d'exécution de dispositifs appropriés pour l'exploitation du procédé sui- vant l'invention .
Dans le mode d'exécution suivant la figure 1, le disposi- tif se compose essentiellement d'un oanal 1 avec des surfaces de choc 2 qui se projettent alternativement et obliquement dans le canal de ses parois opposées, de sorte que la circula- tion suit un trajet en zig-zag. Le courant pénètre dans le canal en 3 et est aooéléré jusqu'à la section 4a , A partir
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de ce point, le courant est détourné par la deuxième surface
2b, et en même temps, par suite' de la disposition spéciale des surfaces de choc et de l'accroissement consécutif de la seo- tion du courant le long de la surface 2b, la vitesse de la circulation n'est plus augmentée .
Comme la masse des matières contenues dans le courant est plus grande que celle du gaz qui circule, l'énergie cinétique des molécules solides ou liquides qui devient active par suite de la déviation du trajet est plus grande que celle à laquelle sont soumises les autres molécules du courant. Il s'ensuit que les matières qui doivent être éliminées ne suivent plus le courant mais en sont rejetées de la manière qui est représentée dans la figure 1 et arrivent sur la surface de choc 2b. De là elles peuvent être conduites à l'extérieur du oanal d'une r manière appropriée, le cas échéant par l'arrosage des sufaces de choc.
Du premier point de séparation le courant est de nouveau accéléré jusqu'à ce qu'il atteigne la section 4b au delà de laquelle se reproduit sur le plan incliné suivant 2 l'opération et ainsi de Q#3&.e qui se répète encore sur le plan 2 d l'opération et ainsi de décorite suite. Cette opération peut se renouveler aussi souvent qu'il est nécessaire pour atteindre le degré d'élimina- tion désiré .
Par la disposition des surfaces de guidage ou de choc sous un angle d'environ 45 relativement aux parois du canal, disposition à laquelle on doit généralement donner la préfé- rence pour des raisons de construction, le principe de l'inven- tion est sauvegardé si les plans des surfaces qui se succèdent les unes au-dessus des autres coupent les parois du canal au même point, de sorte que le prolongement d'une surface de séparation arrive sur la paroi opposée du canal au point même où est placée la surface de séparation immédiatement suivante.
Pour obtenir un très haut degré de séparation et par oonsé' auent pour arriver aussi au classement des différentes matières
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ou de matières de différentes grosseurs, il est recommande, aussi bien quand on travaille avec que sans liquide d'arrosage, d'exécuter les sections les plus étroites 480' 4b, 4c, etc......
qui se succèdent les unes au-dessus des autres dans la direction du courant exactement de la manière représentée dans la figure
2, de sorte que la vitesse avec laquelle la séparation s'opère au commencement de la déviation, c'est-à-dire à la section actuellement la plus étroite, s'ajoute toujours dans les sépa- rations qui se succèdent et que par conséquent l'énergie ciné- tique qui occasionne la séparation devient toujours plus grande de sorte qu'elle suffit aussi pour rejeter les molécules les plus petites et spécifiquement les plus légères et, par suite, les molécules d'une moindre masse. La construction suivant la figure 2 est aussi dans ce cas particulièrement avantageuse quand {Les matières différentes ou les mêmes matières doivent être classées d'après leur grandeur.
Au premier étage de la séparation sont éliminées les molécules les plus lourdes ou les plus grosses, à l'étage suivant celles qui viennent immé- diatement au-dessous comme poids ou comme volume, puis à l'autre étage, celles qui sont encore plus légères ou plus petites, etc..... et au dernier étage, les molécules les plus légères ou les plus petites .
Si l'on doit éliminer des matières qui se trouvent à l'état d'agrégat liquide ou si l'on doit travailler avec un liquide d'arrosage, le maintien'' de principe suivant l'inven- tion présente des difficultés dans les cas dans lesquels l'en- àombrement joue un grand rôle, dans lesquels par suite il n'est pas possible de procéder à la séparation dans des canaux diri- gés horizontalement, parce qu'on ne dispose pas de la surface nécessaire à cet effet. Dans ce cas on doit choisir pour le courant principal une'direction verticale ou oblique.
Mainte- nant pour pouvoir maintenir dans une direction non horizontale
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. du courant principal, d'une part, les angles appropriés qui forment pour la séparation suivant le principe de l'invention mais, d'autre part, pour ne pas influencer défavorablement, dans une telle direction du courant principal, l'effet de se paration qui dépend dans une grande mesure de l'arrosage, le surfaces arrosées de séparation sont disposées de telle sort suivant l'invention, que le liquide ne puisse pas dégoutter de ces surfaces et parvenir dans le courant du gaz, o'est-à- dire qu'elles sont placées de manière à former avec l'horizo:
tale un angle de 90 à 270 , En évitant l'égouttement, l'effe de la séparation est maintenu effectif, en tant qu'il dépend de l'arrosage, et en outre en empêche le courant de gaz de recevoir de l'humidité par suite de l'égouttement. Dans une telle disposition des surfaces de séparation relativement à l'horizontale, pour maintenir l'angle d'inclinaison appropria de ces mêmes surfaces par rapport à la direction du courant, la chambre creuse du canal traversée par ce dernier est dis- posée sous un angle correspondant relativement à la direction du courant principal. C'est ainsi, par exemple, que le coura@ de gaz suit un trajet en forme de zig-zag ou de serpentin .
Les figures 3 à 5 montrent des modes d'exécution de ce dernier genre .
Dans la figure 5 sont représentées les positions extrême des surfaces de séparation qui interviennent dans le disposil suivant l'invention. Dans la position I, la surface de sépara tion a une inclinaison d'environ 90 relativement à l'horizo] tale, et dans la position II, une inclinaison d'environ 2700 par rapport à l'horizontale. Une plus grande inclinaison des surfaces de séparation au delà des positions I et II dans le sens des flèches u ou v conduirait à l'égouttement du liquida à moins que ne soient employés des liquides spécialement gluants ou des liquides avec une viscosité particulièrement
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élevée. En conséquence, on ne peut pas indiquer une mesure exacte des angles.
Les limites extrêmes pourront légèrement s'écarter les unes des autres suivant le liquide employé dans chaque cas particulier. C'est pourquoi il convient aussi de ne pas s'en tenir rigoureusement à 90 ou à 270 .
Les courante à traiter pénètrent dans le canal par la partie inférieure de oelui-ci et circulent ensuite dans le sens de bas en haut. Par suite du rétrécissement de la section dans la partie inférieure, il se produit une accélération du courant, Le gaz circule donc avec une vitesse accrue jusqu'à la section Q1 ou à peu près. A partir de ce point le oourant est dévié tandis que les molécules à éliminer, en raison de l'inertie de leur masse, ont tendance à continuer à voler en ligne droite jusque sur la surface de séparation k qui est arrosée d'en haut par le conduit a et dérive par là les molécules séparées dans la rigole b. La séparation se renouvelle ensuite en arrière de la section % de la même manière qu'en arrière de la section Q1.
Dans le mode d'exécution suivant la figure 4, de même que dans l'autre mode d'exécution suivant la figure 5 qui sera décrit plus loin, la paroi du canal 5 qui se trouve en face de la surface de aéparation est cintrée ( figure 1). Cette con- struction est d'une importance fondamentale (c'est-à-dire essen- tielle ) aussi bien pour le mode d'exécution particulier sui- vant les figures 4 et 5 que pour tous les autres et, par consé- quent, aussi pour la oonformation horizontale du canal de circu- lation. Par cette paroi sont blindées les chambres 6 qui se trouvent en face des surfaces de sépration k et influencent désavantageusement l'effet de séparation par suite de la vitesse de courant rendue nécessaire par l'action des masses pour la séparation.
Si ces parois de blindage n'existaient pas, il se formerait en effet dans la chambre morte,qui se trouve en face
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de la surface de ooparation kplusieurs*eourante turbulents
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irréguliers, ainsi qu'on le voit dans la partie supérieure de la figure 1. Mais si ces chambres mortes 6 sont blindées, par exemple, par la paroi cintrée 5 le tourbillonnement se trouve ainsi réglé et il se forme, comme représenté dans la figure 1, une turbulence uniforme autour du pont central m qui est oomma dé par le courante Les tourbillons irréguliers opèrent de tell sorte que les matières à séparer qui y parviennent ne sont pas éliminées mais retournent en majeure partie dans le courant.
De tels tourbillons irréguliers constituent en outre un grave inconvénient en ce que/non seulement ils absorbent beaucoup d'énergie mais aussi parce qu'ils troublent la circulation du courant et occasionnent une chute plus grande de la pression dans le séparateur. Tous ces inconvénients sont écartés par le blindage suivant l'invention. Il est essentiel pour atteindre ce résultat que les chambres qui occasionnent les tourbillons opposés aux surfaces de choc soient blindées de telle sorte, par exemple, au moyen de parois cintrées, qu'il ne subsiste qu'un seul tourbillon constant et tournant toujours.
Dans l'exécution avec section circulaire comme représentée par exemple, dans la figure 5, il faut veiller à ce que les sections les plus étroites Q1, Q2, etc..... soient de même surface en avant de la zone actuelle de séparation. Par suite du trajet en zig-zag du courant, ces seotions les plus étroites sont cependant tantôt plus éloignées de l'axe central x-x (fig.5) et tantôt plus rapprochées de ce même axe.
C'est ainsi, par exemple, que la distance moyenne r1 de la section Q1 est plus grande que la distance moyenne !2 de la section la plus étroite Q2. Donc pour le cas où on désire l'égalité de surface des seotions les plus étroites qui se succèdent dans la direo- tion du courant, la largeur du oanal doit être modifiée en conséquence, c'est-à-dire que pour la petite distance r de l'axe central x-x, elle doit être choisie plus grande que pour
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la grande distance r de l'axe central x-x.
L'égalité de surface des sections les plus étroites est désirable, en particulier quand le problème consiste à éliminer les matières étrangères jusqu'à une grosseur de grain déterminée mais non extrêmement fine. Mais si cette séparation doit être poussée plus loin, c'est-à-dire que même les grains les plus fins doivent aussi être éliminés autant que possible, il oon- vient que les seotions les plus étroites qui se succèdent dans la direction du oourant deviennent plus petites, afin que la vitesse déterminante pour la séparation augmente d'étage en étage dans la section plus étroite et, que, par suite, la séparation soit toujours dirigée davantage sur les molécules plus fines. On peut aussi arriver par ce moyen à un classement des matières. C'est le cas, par exemple, pour le mode d'exécution suivant la figure 5.
Ioi la deuxième section Q2 est plus petite que la première Q1.
Pour permettre l'arrivée du courant au séparateur autant que possible sans perte tout en tenant compte de la friction, les deux fermetures g aux extrémités du cylindre e sont for- mées comme surfaces de guidage afin que le courant soit con- duit sur ces surfaces autant que possible sans choc ou sans tourbillonnement. Le cylindre e peut aussi être utilisé pour la conduite. C'est ainsi, par exemple, qu'il est possible de faire passer le courant de gaz à travers le cylindre quand, pour des raisons quelconques, la séparation doit être inter- rompue. Dans ce cas, le corps creux servirait comme conduite tout autour et les organes de fermeture g seraient disposés d'une manière mobile ou amovible.
Les admissions ou les déchar- ges pour les chambres de séparation sont alors naturellement pourvues de fermetures: 0' est ainsi par exemple, qu'une ferme- ture pourrait être disposée au point i qui, dans le mode d'exécution suivant la figure 5, peut être formée comme bague
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à glissement.
La construction de l'appareil de séparation suivant les figures 3 à 5 présente encore cet autre avantage de pouvoir être utilisée directement comme couronnement de cheminée, comme pièce intermédiaire de cheminée, ou intercalée dans toute tuyauterie ascendante, par exemple, dans les tuyauteries des gaz perdus.
Dans les séparateurs qui travaillent avec des vitesses plus ou moins grandes de courant, il se produit des phénomènes de courant par lesquels l'opération de l'écoulement ainsi que l'arrivée et la décharge du liquide d'arrosage ou de séparation sont sujettes à de tels troubles que le fonotionnement de l'installation est rendu défectueux ou,suivant les circonstance complètement arrêté. Le liquide et avec lui les matières déjà séparées sont de nouveau reçus par le courant de gaz et déchar- gés dans le oanal de séparation ainsi que dans le conduit de raccordement de sorte que l'effet de la séparation est de nou- veau partiellement ou complètement supprimé.
Cela doit être attribué principalement au fait que dans les grandes vitesses du courant de gaz il se produit des courants tourbillonnants dans la direction contraire à l'écoulement du liquide et par lesquels celui-ci est vaporisé, en particulier aux points d'arrivée et de décharge du liquide et même aux surfaces de séparation .
Cet inconvénient est écarté suivant l'invention en ce que l'opération de l'écoulement du liquide d'arrosage ou de sépara. tion est soustraite à l'influence des courants contraires ou tourbillonnants ou que la formation de ces mêmes courants est empêohée .
Ces courants contraires ou tourbillonnants se produisent en différents points ainsi qu'il sera expliqué en se référant aux figures 6 à 8 .
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Dans l'exemple suivant ces figures, il s'agit d'en sépara- teur qui se compose essentiellement d'un canal 1 dans lequel se projette obliquement la surface de séparation arrosée. Les gaz, vapeurs on buées à épurer traversent ce canal dans la direction de la flèche 7 avec une telle vitesse que les matières à séparer sont projetées, pendant la déviation du courant, sur la surface de séparation 2 où elles restent fixées .
. Un réservoir 9 qui reçoit le liquide d'arrosage est instal- lé sur la couverture 8 du. oanal 1, par conséquent en dehors du canal, dans le but de maintenir libre le passage du. courant.
Il est cependant essentiel que malgré cette disposition du réservoir à l'extérieur du oanal, aucun courant troublant ne survienne dans le dit réservoir 9 non plus que dans la oommuni- cation entre le réservoir et le canal 1. C'est la raison pour laquelle à côté de la surface de séparation est disposée une surface parallèle 10 à une distance qui correspond à l'épais- seur de la couche du liquide.
Cette surface se projette également, de même que l'extré- mité supérieure de la surface de séparation, dans le réservoir 9. L'extrémité inférieure de la surface parallèle 10 est chan- freinée vers la surface de séparation, et l'extrémité supérieu- re de la surface de séparation est également de préférence ohanfreinée vers la surface parallèle pour empêcher le liquide de se détacher des surfaces et aussi pour éviter que des corps étrangers ne se déposent sur le bord supérieur de la surface de séparation et gênent l'écoulement. La pénétration de la surface de séparation dans le réservoir 9 a en même temps pour but de former une chambre de dépôt dans laquelle peuvent se réunir les corps étrangers entraînés par le liquide d'arrosage.
Pour maintenir sur toute la longueur de la fente d'arrivée une largeur rigoureusement exacte, ce qui est d'une grande importance pour l'uniformité de l'arrosage, des pièces d'éoar-
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tement 11 sont disposées entre la surface de séparation surface parallèle 10. Ces pièces peuvent être formées sur surface de séparation ou sur la surface parallèle comme n res se prolongeant dans la direction de l'écoulement du 1 d'arrosage. par une distribution uniforme de ces organes tement sur toute la largeur de la surface de séparation. : distribution est encore favorisée. La surface de séparât: ou la surface parallèle peut être posée directement sur le pièces d'éoartement .
Si dans la disposition des organes d'écartement le bo supérieur de la surface de séparation est ohanfreiné, des difficultés surviennent quand le bord inférieur de la surf) parallèle recouvre simplement les extrémités des nervures d'éoartement qui s'avancent librement au-dessus de la surf: de séparation. En effet, le liquide d'arrosage a alors tend à s'écarter du bord inférieur de la surface parallèle 10 ( spécialement si ce bord est également ohanfreiné ) et à s'égoutter.
Pour éviter cet inconvénient, le recouvrement d@ surfaces de séparation et de la surface parallèle est calcul de telle sorte que l'extension du recouvrement soit plus gra que la projection ou les projections de la largeur du ohanfx
En vue de l'arrivée uniforme du liquide d'arrosage il e également important que le bord supérieur de la surface de séparation soit exactement horizontal, parce que même les pl légers écarts de l'horizontale ont une influence défavorable sur l'arrosage. En vue du réglage exact dans la position hori zontale on peut prévoir, par exemple, des vis de pression 12 sui s'engagent sur le bord inférieur ou d'autres moyens analo gués .
Les gaz, vapeurs, eto.... qui circulent le long de la surface de séparation ont tendance à entraîner le liquide qui ruisselle dans le bas de la surface @@@
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tiens qui ont été mentionnées précédemment opèrent dans le sens opposé, cependant elles sont inefficaces pour une étroite bande du bord de 'la surface de séparation à l'angle sur lequel passe le courant de gaz. La déviation du courant qui s'opère sur ce bord produit une division du courant et par suite la formation de forts tourbillons et de jets. Pour cette raison, suivant l'invention, la bande 2'qui se trouve au bord de déviation du courant de gaz reste sans être arrosée et de préférence, con- trairement à l'autre partie de la surface de séparation, n'est pas profilée .
Les mêmes difficultés que dans l'arrivée du liquide d'arro- sage provenant d'une chambre auxiliaire se reproduisent pendant la décharge du liquide hors du canal de séparation 1. En ce point également suivant l'invention, le liquide d'arrosage est déchargé dans une chambre 13 séparée du oanal de séparation, qui est inclinée sur un côté et dans laquelle les surfaces de séparation qui sont disposées verticalement se projettent par leur extrémité inférieure 2", de sorte que le liquide qui cir- cule encore le long de la surface de séparation pénètre tout d'abord dans cette chambre avant d'abandonner la surface de séparation.
Le fond 14 du canal est perforé et, pour la forma- tion d'une fente 15 pour le passage du liquide d'arrosage dans la chambre 13, est suffisamment proche de la surface de sépara- tion, de sorte que celle-ci limite un côté de la fente 15. Le qui bord 14a de la fente 15/est formé par le fond 14 est chanfreiné vers la surface de séparation, arrondi on cintré pour assurer un passage exempt de troubles du liquide .
Les tourbillons et les courants de sens contraire sont évités dans la chambre 13, suivant l'invention, en ce que cette chambre débouche dans un récipient spécial de décharge 16 rac- cordé à la chambre 13. On obtient ainsi une décharge facile et exempte de troubles surtout quand il règne dans le récipient de
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décharge une pression inférieure à celle du canal de sépara- en avant de la surface deséparation .
Le liquide d'arrosage peut s'écouler en dessous par une décharge 17 tandis que le gaz remonte dans une deuxième déch ge 18. Dans l'exemple représenté, cette deuxième décharge de bouche de nouveau dans le canal 1 et, en fait, en un point o existe une pression inférieure .
Qui que soit le genre du dispositif de séparation en question, il/convient de profiler les surfaces de séparation d'une manière appropriée, par exemple, de les pourvoir de prc jeotions, nervures, évidements, cannelures, perforations, etc Cela est tout particulièrement recommandé dans les cas dans lesquels les matières à séparer possèdent des propriétés humi des permettant de travailler le cas éohéant sans liquide d'ar: sage.
Dans ce cas, en particulier, il est avantageux surtout pour les grandes vitesses de courant de former les chambres creuses obtenues par le profilage suffisamment étroites, par exemple, pour qu'en dehors de l'effet de surface produit par 1 profil, il se présente encore une action capillaire par laquel le une couche plus forte d'humidité peut être amenée à adhérer sur la surface profilée à un tel point qu'elle résiste aux forces d'entraînement du oourant .