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Procédés et dispositifs pour amener en contact intime un gaz et un liquide.
La présente invention est relative à des dispositifs pour amener en contact intime un gaz et un liquide, dans lesquels le liquide auquel se mélange le gaz est projeté en un cône divergent.
L'invention est applicable à beaucoup de fins comme l'épuration de gaz, la condensation de vapeur d'eau, vapeurs d'huile ou autres vapeurs, et le conditionnement de l'air en vue de le rendre plus agréable aux occupants d'immeubles, auditoires et constructions analogues.
Le but de l'invention est de procurer un appareil du genre en question, perfectionné notamment au point de vue du prix de premier établissement, du prix d'entretien et de
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l'échange de chaleur efficace entre gaz et liquide.
L'invention consiste essentiellement en un appareil pour amener en contact intime un gaz et un liquide, comportant une chambre tubulaire étranglée par un passage genre venturi, une tuyère disposée à une extrémité de cette chambre et destinée à projeter un jet liquide conique de manière à remplir ce passage, des ouvertures ménagées dans cette chambre autour de la tuyère pour envoyer du gaz dans la chambre suivant la même direction générale que le jet liquide, et un déflecteur à courbure progressive pour distribuer radialement par rapport à l'axe du jet conique le mélange de gaz et de liquide résultant.
L'invention consiste aussi en un appareil pour mettre à exécution le procédé spécifié au paragraphe précédent, comportant une chambre tubulaire constituée par un étranglement ou goulot et par une partie conique divergente dans laquelle on injecte un jet liquide conique de manière à remplir l'étranglement et la partie conique de la chambre, la chambre étant pourvue d'ouvertures pour envoyer du gaz dans la chambre autour du jet liquide et comportant en outre à l'extrémité de sortie un déflecteur faisant dévier latéralement le mélange de gaz et de liquide résultant.
Dans les dessins annexés:
Fig. 1 est une coupe montrant les caractéristiques principales d'un exemple d'exécution de la présente invention;
Fig. 2 est une vue en élévation d'un détail de construction regardé dans le sens de la flèche 2 de la Fig.l;
Figs. 3, 4 et 5 sont des coupes faites respectivement suivant les lignes 3-3, 4-4 et 5-5 de la Fig.l et regardées dans le sens des flèches respectives; et
Fig. 6 est une vue schématique d'une installation
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pour amener en contact un liquide et un gaz ou une vapeur, et elle comprend comme parties constitutives plusieurs chambres comme celle représentée sur la Fig.l.
En se référant d'abord aux Figs. 1 à 4, on voit que le chiffre de référence 1 désigne une chambre biconique ou genre venturi comportant une partie supérieure ouverte, tandis que sa partie inférieure est pourvue d'ouvertures la espacées circonférentiellement. Immédiatement au-dessus de la chambre 1 est monté un déflecteur 2, et dans le fond de la chambre 1 est disposée une tuyère 3 qui, comme on l'expliquera ci-après plus en détail, est destinée à remplir l'étranglement de la chambre 1 d'un jet liquide indiqué en pointillés 5, la tuyère 3 étant alimentée de liquide, généralement d'eau, par un tuyau 6.
Le déflecteur 2 est centré par rapport à la chambre 1 au moyen de plusieurs guides radiaux 7 faisant saillie à l'intérieur de sa périphérie et épousant plus ou moins étroitement le pourtour de la partie supérieure de la chambre 1.
Sur la surface inférieure du déflecteur 2, symétriquement par rapport à l'étranglement en forme de venturi de la chambre 1, est disposée une protubérance 8, profilée aérodynamiquement, qui a pour fonction de faire dévier le liquide du centre du déflecteur à la périphérie.Autour de la périphérie du déflecteur 2 sont disposées deux couronnes ou jupes dentées, désignées par les chiffres de référence 9 et 9a, qui ont pour but de briser davantage le courant de fluide. La couronne ou jupe intérieure 9 se compose de dents et encoches alternantes. La couronne ou jupe extérieure 9a se compose elle aussi de dents et encoches alternantes , les dents de la jupe 9a étant décalées par rapport aux dents de la jupe 9.
La surface intérieure du déflecteur 2 est arrondie près de la jupe 9,
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comme indiqué par le chiffre de référence 10 sur la Fig.l, pour faire dévier le courant de fluide de haut en bas vers les dents de la jupe 9 et entre celles-ci.
Le déflecteur 2 est supporté par la tige 11 dont la position est réglable longitudinalement et qui traverse un trou relativement grand 12 percé dans la plaque-support 13.
A la plaque 13 est attachée au moyen de boulons 14 une pièce coulée 15 portant une garniture d'étanchéité 16 qui est maintenue en place par un chapeau 17. La partie supérieure de la tige 11 peut comporter un bout carré 18 disposé au-dessus d'un filet de vis 19 traversant un bloc taraudé 20 empêché de tourner, sans rigidité, par l'étrier 21. Grâce à la construction qui vient d'être décrite, on effectue facilement le réglage de la position du déflecteur 2, de manière à varier l'ouverture effective entre la chambre 1 et le déflecteur 2. Il est clair que le déflecteur 2 fait office de vanne de commande ayant pour effet de diminuer la section effective de la sortie de la chambre 1 ou de fermer complètement cette sortie.
Chaque chambre 1 est montée sur une plaque 22, des clammes 23 étant aménagées à cet effet. Comme le montre la Fig.l, chaque chambre 1 traverse la plaque 22 et assure la communication entre la face inférieure de la plaque 2 et sa face supérieure.
Le tuyau d'entrée de liquide 6 traverse une ouverture 24 de la plaque 25, et sur le tuyau 6 est montée avec jeu une pièce coulée 26 qui contient une garniture d'étanchéité 27 maintenue en place par une bague 28 elle aussi montée avec jeu sur le tuyau 6. Pour maintenir la tuyère 3 correctement en ligne avec la chambre 1, il est prévu un accouplement conique 29 attaché à l'extrémité supérieure du tuyau 6, la
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tuyère 3 étant vissée de manière appropriée dans cet accouplement. L'accouplement conique 29 s'adapte dans un trou conique correspondant du fond de la chambre 1, l'accouplement 29 et le tuyau 6 étant maintenu en position par une chape 31 qui peut être fixée sur le tuyau 6 au moyen de boulons 32.
Des boulons 33 peuvent être aménagés pour maintenir en position la chape 31 de façon que la bague 28 comprime la garniture 27 et produise ainsi un joint sans fuite. Comme représenté sur la Fig.l, la pièce coulée 26 comporte une partie supérieure conique 26 qui s'adapte dans un trou conique correspondant d'une plaque 34 montée sur la face inférieure de la plaque 25. Le trou conique de la plaque 34 coincide avec le trou 24 de la plaque 25 et ces deux trous sont suffisamment grands pour qu'on puisse en retirer l'accouplement ,29, de sorte qu'on peut facilement nettoyer ou remplacer la tuyère 3.
La Fig. 6 montre une installation qui constitue une forme d'exécution pratique englobant la construction qui vient d'être décrite. Le chiffre de référence 35 désigne une enveloppe ayant la forme d'une colonne, et à mi-hauteur de la colonne est disposée la plaque 22. Celle-ci peut avoir la forme d'un cône renversé disposé symétriquement par rapport à la colonne 35 et supportant plusieurs chambresl montées circonférentiellement par rapport à la colonne 35. La plaque 22 divise la colonne en deux compartiments, l'un en-dessous et l'autre au-dessus de la plaque 22, le compartiment inférieur étant désigné par le chiffre de référence 36 et le compartiment supérieur par le chiffre de référence 36a.
De préférence, chacun de ces compartiments à des dimensions suffisantes pour permettre à un homme d'y pénétrer en vue de régler la position des déflecteurs 2,2 et aussi d'enlever les tuyères
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3 pour les nettoyer. Des trous d'homme 37 sont ménagés pour donner accès à chacun des compartiments 36 et 36a.
Le chiffre de référence 38 indique un tuyau d'entrée de gaz qui communique avec le compartiment inférieur 36, tandis que le chiffre de référence 39 indique un tuyau de sortie pour le gaz ou la vapeur ayant traversé la colonne 35.
Le chiffre de référence 40 indique une canalisation de liquide qui mène aux divers tuyaux 6,6 coopérant avec les différentes chambres 1,1. Le chiffre de référence 41 indique compteur d'eau ou débit mètre et le chiffre de référence 42 indique une dérivation aménagée pour lui. Le chiffre de référence 43 indique un tuyau par lequel l'eau provenant des chambres 1,1 se rend dans une région voisine du fond de la colonne 35. Le chiffre de référence 44 indique le niveau d'eau normal dans le fond de la colonne 35. Ce niveau d'eau est maintenu à l'aide d'un tuyau 45 par lequel l'eau déborde dans le tuyau 46 pour maintenir le niveau 44. Dans la partie supérieure de la colonne 35 est située la section éliminatrice d'humidité 47 qui peut avoir toute construction voulue connue des techniciens.
Des tuyères de nettoyage 48 sont aussi représentées et on peut les employer quand c'est nécessaire. Dans le compartiment 36 on peut aménager des tuyères 49 pour humecter préliminairement le gaz arrivant du raccord d'entrée 38. Afin de disposer d'eau pure pour alimenter l'installation, il est prévu un filtre 50, représenté aussi séparément sur la Fig. 2, et une pompe 50 représentée sur la Fig.6 débite l'eau à ce filtre.
Bien que les chambres 1,1 aient été représentées dans la position verticale, il est clair qu'on peut s'écarter de cette position, étant donné que le gaz peut circuler
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sous tout angle préféré.
Pour ce qui est du fonctionnement de la forme d'exécution de l'invention, décrite ci-dessus, il a été constaté que si au cours de l'épuration de gaz ayant une grande concentration de poussières les vitesses du gaz et de l'eau sont maintenues sensiblement égales, la chute de pression qui en résulte est assez faible pour être suffisante.
Dans certains cas il est possible d'entraîner la totalité du gaz traversant chaque chambre 1 et d'éliminer ainsi une chute de pression. On peut remarquer que le gaz entrant par les ouvertures la de chaque chambre 1 exerce un effet modificateur sur le jet liquide conique débité par la tuyère 3. La tuyère 3 doit être tracée par rapport au courant gazeux de manière que le jet résultant remplisse complètement l'étranglement venturi de la chambre 1. Il est clair que le cône sortant de chaque tuyère 3 est complètement rempli par le jet, tandis que d'autre part le jet conique remplit complètement la section de l'étranglement genre venturi de chaque chambre 1 et empêche ainsi tout gaz de traverser la chambre 1 sans contact intime avec le jet.
Le déflecteur 2 a un diamètre suffisamment grand pour permettre à l'entièreté du cône de gaz et eau mélangés de le frapper dans les limites de sa périphérie, et en raison du profil aérodynamique de la surface inférieure de chaque déflecteur, le courant de gaz et eau est dévié radialement par rapport à l'axe de la tuyère 3, puis de haut en bas en contact avec les dents des jupes dentelées 9 et 9a. La construction aérodynamique du déflecteur 2 empêche toute accumulation d'une masse de liquide qui pourrait retomber en arrière et gêner le fonctionnement de la chambre 1. Le courant de gaz et le liquide en forme de parapluie est dévié par le déflecteur 2 de manière à traverser sous un angle descendant en pente le
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rebord dentelé de la jupe rabaissée 9.
Les dents des deux jupes 9 et 9a sont suffisamment longues pour que le courant de gaz et de liquide passe entre les dents des jupes plutôt qu'en-dessous d'elles.
Il est à noter, en se reportant au tracé du déflecteur 2, que le courant de gaz et de liquide crée la même turbulence que celle qu'on observe en produisant un coude à 90 dans une conduite tubulaire, car il est établi que la turbulence est notablement augmentée dans un coude de ce genre. Après avoir tourné de 90 près de la partie 8 du déflecteur, le courant de gaz,et de liquide dévie à nouveau de haut en bas suivant une courbe de petit rayon désignée par le chiffre de référence 10 sur la Fig.l, créant ainsi une nouvelle turbulence. Cette déviation à travers la jupe dentelée a pour effet d'obliger les particules humectées à continuer leur trajet descendant, tandis que le gaz lui-même perd sa vitesse en raison de l'accroissement de la section et a ainsi moins de tendance à emporter de bas en haut les particules entrainées.
Il est clair que les jupes 9 et 9a peuvent avoir une autre forme, par exemple celle de plaques ou écrans perforés ou d'anneaux coniques inclinés, pour atteindre le but visé.
Un avantage résultant de la possibilité de régler chaque déflecteur 2 par rapport à sa chambre 1, est qu'on peut régler la circulation dans l'une ou l'autre ou dans l'ensemble des chambres 1, 1. En réglant la position du déflecteur 2, on peut aussi varier le degré de contact du gaz avec le liquide, de manière que, par exemple dans le cas de l'épuration d'un gaz, le degré d'élimination des impuretés change en conformité de la perte de pression qu'on peut se permettre.
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Comme indiqué ci-dessus, il est avantageux, dans la plupart des cas, de maintenir la même vitesse dans le courant gazeux parcourant la chambre 1 et dans le courant de liquide sortant du jet 3, bien que l'invention conserve encore des avantages décisifs si la vitesse de l'eau est un peu plus élevée que celle du gaz.
Dans certaines conditions, on peut trouver avantageux d'accroître la vitesse de l'eau en comparaison de la vitesse du gaz afin de provoquer un entraînement suffisant par l'eau pour compenser le frottement du courant de gaz circulant dans la chambre, le résultat étant une diminution de la chute de pression allant même jusque zéro. Cette diminution de la chute de pression du gaz parcourant la chambre 1 a pour effet d'accroître dans une très notable mesure la capacité de l'installation.
Un des avantages de la présente invention est la possibilité de faire face à des surcharges sans diminuer nota- blement le degré d'élimination des poussières. Cet avantage résulte du fait que le jet liquide est suffisant pour remplir l'étranglement genre venturi de la chambre 1, si bien que même dans des conditions de surcharge il se produit une humectation excellente des particules du courant gazeux. Grâce à cet avantage, on peut construire l'installation pour la charge de fonctionnement normal et il n'est pas nécessaire de prévoir un facteur de sécurité élevé pour faire face aux surcharges.
En se reportant à des chiffres spécifiques, on a trouvé que pour obtenir les meilleurs résultats il est avantageux d'avoir une vitesse de gaz d'au moins 1800 mètres par minute, mesurée à l'endroit de diamètre minimum de l'étranglement venturi de la chambre 1. Pour certains essais d'exé-
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cution pratique de la présente invention, une pression d'eau de 8,5 atmosphères ou davantage est nécessaire pour correspondre à cette vitesse de gaz. Un des essais les plus satisfaisants exécutés sur l'appareil décrit ci-dessus fut opéré à une allure de circulation de gaz de 2400 mètres par minute sous une pression d'eau de 9,5 atmopshères.
Dans les conditions qui viennent d'être énoncées, le débit d'eau fut d'environ 1,45 litre par mètre cube de gaz parcourant la chambre 1, tandis que l'eau à la tuyère 3 avait une vitesse légèrement supérieure à 1800 mètres par minute.
On a fait des essais pour déterminer la forme la plus avantageuse de la chambre. De nombreux essais ont mis finalement en évidence le fait qu'un étranglement venturi comportant un angle de sortie inscrit d'environ 30 et un angle d'entrée de la tuyère à eau égal à l'angle de sortie est le plus avantageux, étant donné que le jet d'eau remplit complètement l'étranglement de la chambre et continue de même à remplir la chambre en sortant par l'extrémité élargie de la chambre.
Comme moyen d'essayer les résultats on a employé une poussière de fonderie contenant une notable proportion de particules d'une grosseur de 2 à 10 microns. En augmentant la pression d'eau jusqu'à l'ordre de 8,5 atmosphères, de manière à porter la vitesse à la tuyère à 1800 à 2400 mètres par minute mesurés à l'ouverture de la tuyère, on a constaté que cette pression plus forte a pour effet de produire une dispersion si fine de l'eau qu'on ne rencontre aucune difficulté à humecter les particules de poussière se mesurant en microns; en effet, certains des essais montrèrent que le nombre de particules de deux à dix microns diminuait de 20. 000.000 à 10. 000.000 par litre.
On assure entièrement les avantages de la présente
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invention à condition de maintenir la vitesse du gaz et du jet liquide à environ 1800 mètres par minute ou davantage à l'instant où ils entrent en contact et à condition de produire ensuite un impact propre à précipiter la poussière humide après chaque passage.
Il a été trouvé que lorsque le gaz entre dans la chambre 1 à une température de l'ordre de 65 à 93 C. 1'épuration est notablement améliorée en comparaison de températures moins élevées. On a constaté qu'en outre la présente invention procure l'avantage d'une transmission de chaleur presque instantanée du gaz à l'eau. Il s'ensuit une sensible diminution du volume de gaz sortant de la chambre 1, ce qui exerce une notable influence dans le sens d'une diminution de la chute de pression dans la chambre 1. Par suite, dans l'épuration de gaz chargé d'impuretés, la température du gaz entrant doit être aussi élevée que possible pratiquement.
Il est généralement admis que le refroidissement d'un gaz chaud par un jet d'eau est une opération difficile quand il faut abaisser la température du gaz à un degré très voisin de celui de l'eau de refroidissement. Ceci est dû probablement à l'atomisation incomplète et au contact incomplet de l'eau et du gaz. En d'autres termes, des bulles gazeuses peuvent se frayer leur chemin à travers le jet d'eau sans être rompues et refroidies jusqu'à leur centre. On a découvert que dans la pratique de la présente invention, lorsqu'on introduit le gaz à une température d'environ 65 C. et qu'on introduit l'eau de refroidissement à une température d'environ 27,2 C., la température de sortie du gaz est d'environ 28,90C.
Une importante' caractéristique de la présente invention est que le gaz et l'eau traversent l'appareil dans le
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même sens.
Dans la description ci-dessus, le terme "gaz" est employé dans son sens étendu et est appelé à couvrir l'air et d'autres fluides gazeux tels que la vapeur d'eau, les vapeurs d'huile et autres vapeurs chimiques. Lorsqu'on s'en sert pour cette fin, on peut produire conformément à l'invention le contact intime voulu, en employant une pression de liquide notablement moins élevée que celle requise pour une épuration poussée des gaz. Par exemple, lorsqu'on s'en sert comme d'un condenseur à contact, on procure une notable diminution de la quantité de liquide requise, comparativement aux installations connues et employées jusqu'à présent.
Il devient ainsi possible d'employer le dispositif conforme à la présente invention pour mettre directement en contact de l'eau de refroidissement avec de la vapeur et pour refroidire ensuite une partie du mélange de vapeur condensée d'eau en le faisant passer sur un réfrigérant à surfaces de contact et finalement ramener le condensat à la tuyère 3. La vapeur condensée est à tout moment maintenue exempte d'eau contaminante.
En raison de la chute de pression très faible ou nulle produite dans l'appareil conforme à l'invention, la présente invention convient notamment pour la distillation dans le vide.
En bref, l'invention a pour but de produire un meilleur contact entre gaz ou vapeurs et liquides en général.
Une application importante est l'élimination de particules de pourssières finement divisées. D'autres applications se rapportent à la transmission de chaleur entre liquides et gaz ou vapeurs, à l'absorption de gaz ou vapeurs par des liquides, au.fractionnement de gaz ou vapeurs par des liquides,
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au conditionnement de l'air, et à divers procédés chimiques.
Une vitesse de gaz et du jet liquide de 1800 mètres par minute peut être citée comme étant la plus avantageuse.
Ce chiffre se rapporte notamment à l'élimination de poussières d'une grosseur inférieure à dix microns, qui constitue un des principaux buts de l'invention. Toutefois, quand une élimi- nation complète des poussières n'est pas exigée, on obtient des résultats satisfaisants quand la vitesse de l'eau quit- tant la tuyère n'est que de 600 mètres par minute.
Dans ces conditions, on peut diminuer ou non la vitesse de l'air, selon les circonstances.
Bien qu'on ait décrit en détail une certaine forme d'exécution préférée de la présente invention, il est clair que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
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1.- Appareil pour amener en contact intime un gaz et un liquide, comportant une chambre tubulaire étranglée par un passage genre venturi, une tuyère disposée à une extrémité de cette chambre et destinée à projeter un jet liquide conique de manière à remplir ce passage, des ouvertures ména- gées dans cette chambre autour de la tuyère pour envoyer du gaz dans la chambre suivant la même direction générale que le jet liquide, et un déflecteur à.courbure progressive pour distribuer radialement par rapport à l'axe du jet conique le mélange de gaz et de liquide résultant.