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On connaît, pour séparer les brouillards des gaz, différents procèdes. Le procédé qui travaille de la façon la plus sûre et avec* le rendement le plus élevé est la séparation électrostatique, celle ci permet des rendements allant .jusque 99 % mais elle exige des dé penses d'investissement très élevées et, pour la séparation de matiè res corrosives, elle ne peut être employée qu'avec certaines res- trictions. Des ennuis- se présentent par exemple dans la séparation de brouillards d'aoide sulfurique dont les gouttelettes se composent d'un acide d'une concentration supérieure à 80 %
Depuis assez longtemps,
on connaît aussi des dispositifs mé caniques de séparation, par exemple les filtres en matière poreuse comme la céramique, les tissus, les feutres ou les ballasts de corps granulés (grains de coke, boules de verre, etc..,). En ce qui conoer-' ne le fonctionnement de oes filtres poreux, les deux points de vue suivants se sont fait jour jusqu'ici.
1) pur effet de criblage où seules sont séparées celles des matières
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en suspension dont les particules sont plus grosses que le diamè- tre des pores. L'évacuation du liquide séparé se trouve donc du côté de l'entrée des gaz. L'épaisseur de la couché filtrante ne joue ici qu'un rôle secondaire; il importe par contre de travail- ler avec une faible vitesse des ga parce que, sinon, du liquide serait pressé dans les pores et ceux-ci seraient bouchés.
Rappor- tées à la section libre des pores, les vitesses de gaz utilisées jusqu'ici sont inférieures à 1 m/sec ce qui, en pratique, corres- '. pond à peu près à une vitesse de 0,2 m/sec, rapportée à la.section totale du filtre.
2 II a.été proposé aussi d'utiliser des filtres dont les pores sont plus grands que le diamètre des gouttelettes à séparer et d'adap- ter entre' elles l'épaisseur des filtres et la vitesse de passage du gaz de façon que les particules trouvent le temps d'arriver, par mouvement de Brown, à la paroi des pores et à y adhérer.
Dans ce cas aussi, il est nécessaire de travailler à faible vitesse des gaz pour arriver . la durée de séjour nécessaire. pour les filtres fonctionnant de cette façon, les dépenses d'appareillage et de marche augmentent hors de proportion au fur et à mesure où le rendement de séparation recherché est plus grand ;
c'est pourquoi on s'est contenté en pratique, pour semblables appa- reils, de rendements de 80 - 90 %
On a connu en outre des filtres par secousses dont le fonc- tionnement repose sur le'fait que le courant de gaz est dévié de sa direction et que les gouttelettes de brouillard, envertu de leur plus grande inertie, sont lancées contre des obstacles quelconques, ces dispositifs ratent quand le diamètre des gouttelettes est infé- rieur à environ 5/ car alors Influence du frottement par rapport à l'inertie est déjà trop grande et les gouttelettes sont déviées aveo le courant de gaz et traversent le séparateur sans subir de changement A cette catégorie appartiennent également les cyclones qui eux aussi,
sont basés sur la séparation par des forces d'iner- tie ici aussi, on oonstate une efficacité totalement insuffisante
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lorsque les particules sont petites.
'On 'a essayé d'améliorer l'efficacité de ces cyclones en pro- jetant des ultra-sons sur le système contenant du brouillard. On réussit par là à agglomérer lès parties les plus fines de brouillard en gouttelettes assez grosses et à rendre ces dernières propres à la séparation par cyclones ou par secousses. La. consommation d'énergie et le coût des investissements sont toutefois très élevés et il est difficile d'éliminer le bruit. On a donc abandonne ce procédé.
Une autre méthode pour rendre les particules de brouillard plus grossières consiste à utiliser les épurateurs Venturi. A l'en.... droit'le plus étroit, c'est-à-dire au goulot d'un tube venturi, on introduit un liquide de lavage et, simultanément et à une vitesse d'environ 80 m/sec, le gaz dont il faut enlever le brouillard, Les gouttelettes du liquide de lavage pulvérisé absorbent les goutte- lettes de brouillard et le tube Venturi laisse dans le gaz une sus- pension de gouttelettes de liquide dont le diamètre est à ce point augmente par rapport au diamètre des particules initiales de brouil- lard qu'on peut les séparer sans difficulté à l'aide d'un séparateur centrifuge (cyclone) intercalé.
Dans le cas de brouillard à fines particules, c'est-à-dire de gouttelettes descendant jusqu'à environ 0,1 on obtient avec cet appareil des rendements de séparation allant jusqu'à 95 %. semblables rendements sont bien beaucoup meil- leurs que ceux des systèmes à filtres poreux connus jusqu'ici, mais ils restent encore de beaucoup inférieurs à ceux de la séparation électrostatique. Un inconvénient de l'épurateur Venturi* réside dans le fait que, si on traite des liquides corrosifs employés soit comme liquide de lavage soit comme brouillard, il se produit de fortes cor- rosions à cause de .la grande vitesse à l'endroit le plus étroit.
La présente invention décrit un procédé qui permet de sépa- rer des brouillards de composition quelconque, c'est-à-dire donc aussi des brouillards dont les gouttelettes de liquide se composent de liquides hautement oorrosifs, et d'un degré de finesse quelconque, c'est-à-dire jusqu'à un diamètre des gouttelettes de 0,01/ et moins
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tout en réalisant un rendement qui égale au moins ou dépasse même de beaucoup celui des meilleurs- filtres électrostatiques.
Le procédé qui fait -l'objet de l'invention nécessite des investissements d'un coût beaucoup plus faible que celui des investissements nécessaires pour une installation d'épuration électrostatique et, en pratique, il n'occasionne aucun ennui même au passage de matières excessivement corrosives.-
L'invention est basée en ordre essentiel sur cette constata- ti,on, que les dispositifs de filtrage poreux connus depuis longtemps, comme par exemple les masses céramiques ou les ballasts de matières en grains, peuvent fonctionner de telle façon qu'ils agissent comme un grand nombre d'épurateurs Venturi successifs et infiniment petits lorsque, contrairement à la méthode en usage jusqu'ici,
ils ne sont pas traversés par des gaz dont la vitesse soit aussi faible que pos- sible mais dépasse un minimum critique très élevé par rapport.aux vitesses employées antérieurement pour ces filtres, et lorsqu'on dis- pose derrière eux un séparateur simple basé sur l'effet d'inertie.
Etant donné que, en recourant au fonctionnement conforme à l'inven- tion, l'effet de nombreux épurateurs Venturi successifs se fait sen- tir, le rendement obtenu est beaucoup plus élevé que celui que donne un seul épurateur Venturi, Le rendement est amélioré encore par le fait que chacun des nombreux épurateurs Venturi minuscules est forcé- ment desservi de façon plus homogène que ne le serait un gros épura- teur venturi. . '
On peut en cela descendre fortement, pour ce qui concerne la vitesse des gaz, au-dessous du minimum nécessaire pour les épurateurs Venturi; cette vitesse restera cependant supérieure à celle habituel- lement employée pour les filtres poreux, par opposition au fonctionne-. ment usuel des filtres poreux, le brouillard n'est pas séparé, selon 1'invention, dans le filtre même :
il y est seulement épaissi à ce point qu'un.dispositif simple de séparation placé derrière le filtre suffit pour assurer la dissipation pratiquement complète du gaz.
Alors que jusqu'ici la vitesse maximum usuelle des gaz, en
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filtres poreux, a été d'environ 1 m/sec., rapportée à la section li- bre, et leur vitesse minimum, en épurateur Venturi, d'environ 50 m/ seo. rapportée à la section libre au goulot, la vitesse des gaz à employer selon l'invention est de 1,5 à 20 m/sec., rapportée à la section libre des pores ou d'environ 0,3 à 4 m/sec., rapportée à la section totale. De préférence, on emploie des vitesses de o,5 à 2 m/sec., rapportées la section libre des pores, plus exactement, la vitesse des gaz à employer selon l'invention est définie cornue devant rester au-delà de la zone de transition du flux laminaire au flux turbulent.
Ce n'est que dans cette gamme élevée de vitesses des gaz qu'on obtient un nouvel effet, non connu jusqu'ici avec les filtres poreux, décrit ci-après à l'aide de la figure 1.
Les capillaires de chaque filtre poreux se composent de ré- trécissements et élargissements successifs qui répondent à peu près à une section de genre Venturi, Les parois des pores sont aspergées soit artificiellement dès le début, soit par un liquide sépare du gaz, après un certain temps. Le liquide adhérant aux parois des pores est, si on emploie la grande vitesse des gaz que prévoit l'invention, dé- sagrégé et pulvérisé aux endroits les plus étroits des pores A-A1 Les gouttelettes de liquide détachées, qui ont un diamètre très dif- férent et, en conséquence, des moments d'inertie différents, sont freinées différemment dans l'élargissement qui suit, de sorte que les gouttes plus rapides cognent les gouttes plus lentes et les englou- tissent.
Après chaque élargissement presque, il y a déviation du courant gazeux, ce qui fait que, par l'effet de choc' et l'effet cen- trifuge, les particules grossières forcées sont à nouveau séparées.
Le liquide qui s'est accumulé est, de par la grande vitesse des gaz, poussé dans le rétrécissement suivant et y est à nouveau désagrégé et le phénomène se renouvelle plusieurs fois encore car des couches filtrantes relativement minces déjà présentent un grand nombre de ré- trécissements, élargissements et déviations de l'espèce En dernier ressort, le gaz brumeux entré dans le filtre quitte celui-ci avec la
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même teneur en brouillard presque que celle qu'il avait à l'entrée, la grosseur des particules étant toutefois considérablement augmen- tée. Un, cyclone simple placé derrière le filtre ou une plaque perfo- rée suffi.t donc pour éliminer pratiquement complètement ce brouillard ainsi épaissi.
L'épaississement du brouillard et, par là, le degré de séparation dans le séparateur qui suit sont d'autant plus pronon- cés que la vitesse des gaz est élevée. Il est possible sans plus non seulement d'atteindre mais aussi de dépasser de plusieurs puissances- dizaines' le degré de séparation des filtres électrostatiques. L'épais sissement du brouillard est même si fort que, dans la plupart des cas il ne faut même pas, pour séparer le brouillard épaissi, un cyclone ou une plaque perforée, mais'une simple plaque de choc respective- ment de déviation contre laquelle on fait affluer le gaz brumeux suf- fit.
Le dispositif qui fait l'objet de l'invention est exposé ci- après au moyen de la figure 3 et des exemples d'exécution qui vont suivre.
Le gaz. entre en 1 dans l'appareil filtrant qui se compose, par exemple, d'un cer.tain nombre de tubes poreux 3. oes tubes sont traversés par le gaz, de l'intérieur vers l'extérieur. Le cas échéant et particulièrement pendant la période de mise en marche, ces tubes peuvent être humidifiés par un dispositif approprié, par exemple une douche 4. puor humidifier, on emploie de préférence un liquide qui a la même composition, que les gouttelettes de liquide du brouillard Séparer, par exemple le liquide séparé en 5 lui-même, 'Le gaz sor- tant des bougies filtrantes et dont le brouillard est fortement épais si arrive à la décharge 8 par un séparateur à secousses 6 qui ne pro- voque qu'une simpledéviation au moyen de la plaque de choc respecti- vement de déviation 7.
Quand le gaz n'arrive pas dans l'appareil avec suffismeent def pression pour vaincre la résistance du courant, on peut intercaler un ventilateur 9, Dans le dispositif qui fait l'objet de l'invention, la résistance du courant est, en général, beaucoup plus forte que dans les filtres poreux utilisés jusqu'ici car, dans
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la gamme de vitesses que l'on rencontre dans l'invention, la chute de pression augmente avec la vitesse plus fortement que dans la zone laminaire-et atteint de préférence 50 - 500 aaa de colonne dfeau. Le gaz brumeux perdu.quitte l'appareil en 10.
Si on attache de l'importance à un rendement particulièrement élevé- de la retenue des gouttelettes agglomérées (plus de 99,9 %), il peut '.être indiqué de prévoir, au lieu de la plaque de choc respec- tivement de déviation 7, une ou plusieurs plaques perforées consécu- tives placées en quinconce ou un cyclone.
Au lieu des bougies filtrantes 3 on peut employer toute au- tre matière filtrante poreuse connue, par exemple des feutres, des tissus, ou des couches de boules déversées l'une sur l'autre.
Il convient bien entendu d'employer une matière qui résiste au liquide à séparer. Il n'y a aucune difficulté à remplir cette con- dition car on peut, en pratique, employer tout corps solide sous quelque forme et de quelque granulométrie que ce soit, poux'autant qu'il reste poreux..La grandeur des pores est, de même, d'importance tout à fait secondaire il s'est toutefois avéré avantageux que la grandeur des pores ne soit pas inférieure à une certaine limite supé- rieure calculée' pour que la montée capillaire soit plus faible que le diamètre des grains composant la couche. Il y a aussi inconvénient à employer des.diamètres qui soient inférieurs à ceux des particules à épaissir parce que, alors, les avantages du fonctionnement selon l'in vention ne se marquent pas.
Il convient de choisir la couche filtrante d'une épaisseur telle qu'il y ait,dans chaque section, dans le sens du courant, au- moins plusieurs et, de préférence, au raoins dix rétrécisse:lents et élargissements successifs.
EXEMPLE l
On a introduit dans un dispositif selon figure 2 un gaz con- tenant au m3 110 gr de brouillard d'acide sulfurique et d'une tempé- rature de 40 0 dont la grosseur des gouttes allait de 0,04 à 2 et dont les gouttes se composaient d'acide sulfurique à 80 % Les
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éléments filtrants poreux se composaient d'une couche de 30 m/m de boules en verre de 3 m/m de diamètre. Le point de transition du cou- rant laminaire au courant turbulent se situait, dans ce cas, à une vitesse de gaz de 0,305 m/sec. rapportée à la section totale du fil- @ tre. A ce point, la chute de pression dans la couche filtrante était de 49,4 m/m de colonne d'eau.
Si les gaz entraient dans le filtre à une vitesse de 0,029 m/sec., rapportée à la section totale du filtre, ce qui amenait une chute de pression de 20 m/m de colonne dteau, le rendement de la sé- paration était de 74 % pour une vitesse de gaz de 0,375 m/sec., re- lativement peu. inférieure donc un minimum de 0,305 m/sec., prévu à ltinvention, le'rendement de séparation était de 86 % et la chute de pression dans la couche filtrante de 48,8 m/m de colonne d'eau. Dans les deux -cas, l'acide se séparait exclusivement dans la couche fil- trante et tombait tout dans le récipient 2.
En portant la vitesse des gaz au-delà de la vitesse minimum prévue à l'invention., à savoir 0,56 m/seo., le degré de séparation était déjà de 96 % et la chute de pression dans la couche filtrante était de 104 m/m de colonne d'eau. pour une vitesse de 1,38 m/sec., la chute de pression dans la couche filtrante étant alors de 310 m/m de colonne d'eau, on atteignait un rendement de.séparation de 99,35% Dans ces deux derniers cas, il ne tombait que peu d'acide dans le ré, cipient 2 la plus grosse partie de l'acide se séparait dans le sépa rateur à secousses 6.
EXEMPLE 2.-
On a dissipé dans un dispositif selon figure 2 un gaz avec, au m3, 1 gr de brouillard d'acide sulfurique, d'une température de 30 c d'une grosseur de particules de 0,01 à 1 et dont les goutte- lettes d'acide se composaient d'acide sulfurique à 97,5 %. Les élé ments filtrants étaient, dans ce cas, des tubes poreux selon 3 de . la figure 2 L'épaisseur de couche de la matière était de 12,.5 m/m La matière filtrante était composée de particules frittées d'oxyde d'aluminium de 1 - 3 m/m de diamètre, il n'était pas possible de
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mesurer exactement la grandeur des pores.
La porosité de la matière filtrante sèche était telle que, pour une chute de pression de 100 m/m de colonne d'eau, on pouvait maintenir une vitesse de l'air de
0,7 m/sec rapportée à la surface filtrante totale.
Le 'brouillard passait à la vitesse de 0,8 m/sec rapportée à la section totale de la surface filtrante et'il y avait, dans le filtre, une chute de pression de 200 m/m de colonne d'eau, Après le séparateur à secousses 6, le gaz contenait au m3 7,5 mg de H2SO4c e qui correspond à un degré de séparation-de 99,25 %. L'acide séparé tombait pour la plus grande partie dans le séparateur à secousses 6.
EXEMPLE- 3. ¯
On a dissipé dans un dispositif selon figure 3 un gaz avec une teneur en brouillard de 50 gr H3PO4/m3n une grosseur de parti- ouïes, de brouillard de 0,3 à 3 et une température de 60 c La. ma tière filtrante était une couche poreuse de grains de charbon arron- dis de 2 m/m de diamètre et agglomérés avec un goudron cokéfié l'é paisseur de la couche filtrante était de 10 m/m La. plaque 6 était remplacée, dans cet essai, par deux disques perforés placés en quin- conce.
A la vitesse de 1 m/sec,, rapportée à la section totale de la surface filtrante, on releva dans la couche filtrante une perte de charge de 450 m/m de colonne d'eau. Après les plaques perforées, le gaz perdu contenait 5 mg H3PO4/m3n ce qui correspondait à un de--. grs de séparation de 99,99 %
Il a été possible, de la même façon, d'éliminer complètement des brouillards de substances organiques, par exemple des brouillards , d'huile..