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L'invention vise à améliorer les procédés et appareils de distillation, dans le but d'accroître à la fois le débit et le rendement de l'opération, à dimensions d'appareils égales, ou de réduire la dimension des-appareils à débit égal.
Si l'on considère par exemple une colonne à plateaux classiques pour la distillation fractionnée d'un liquide, la distillation s'opère comme suit : le liquide à.distiller s'écoule de haut en bas, d'un plateau à l'autre, tandis que la vapeur s'élève en sens inverse. Dans chaque plateau, le liquide s'étale sur, une certaine épaisseur, déterminée par la hauteur d'un tube de trop plein, et la vapeur, passant à travers un joint hydraulique, barbotte à travers le liquide dans lequel elle forme des bulles, qui sont entraînées dans l'espace de vapeur au-dessus du liquide, sous le plateau qui se trouve immédiatement au-dessus.
Cet espace de vapeur est le siège de deux phénomènes successifs :sur une certaine hau-
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teur au-dessus du liquide, on trouve une zone que l'on pourrait appeler zone de mélange des phases, occupée par des bulles ou une mousse plus ou moins grossière; la vapeur y est encore dispersée dans la phase liquide. Au-dessus de cette zone se trouve une second zone, que l'on pourrait . appeler zone de séparation des phases, dans laquelle les bulles ayant éclaté, des gouttelettes de liquide dense retombent vers le plateau sous-jacent, la vapeur libérée montant vers l'orifice du plateau supérieur. Pour un appareil de dimensions déterminées, le débit et le rendement de la distillation sont limités à un maximum. En effet, pour une section transversale donnée de la colonne, le débit est fonction de la vitesse ascensionnelle de la vapeur.
Or, celle-ci ne peut pas dépasser un maximum au-delà duquel la gravité agissant sur les particules de liquide qui redes- cendent serait surmontée par l'effet d'entraînement de la vapeur de sorte qu'une partie du liquide serait ainsi inutilement recyclée vers le plateau supérieur. D'autre part, le rendement des échanges entre les deux phases est fonction de la durée du contact et de l'étendue de la surface de contact entre ces deux phases. Or, la durée du contact est limitée par l'intervalle entre les plateaux successifs, c'est-à-dire la hauteur de la colonne, et l'étendue des surfaces de contact par la dimension des bulles, que l'on ne peut réduire qu'en admettant la vapeur à travers des orifi- ces minuscules, ce qui se traduit presqu'invariablement par la formation de mousses très gênantes.
L'invention a pour but de réaliser un procédé de distillation qui évite ces inconvénients.
Le procédé suivant l'invention consiste essentielle- ment à provoquer le débordement d'une nappe de liquide le long du bord d'une plaque dont la face inférieure est des- tinée à guider dans une direction générale sensiblement ho-
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rizontale un courant de vapeur dont la vitesse est telle qu'elle provoque la pulvérisation de la nappe de liquide, sa dispersion dans le courant de vapeur et son entraîne- ment dans une direction générale sensiblement horizontale pendant laquelle s'opère le contact entre ces deux phases, puis le choc de ce courant contre une surface sensibl e- ment normale à la direction générale dudit courant, en vue d'assurer la séparation des deux phases, et à canali- ser d'une part la phase liquide pour la diriger vers le bas et d'autre part la phase vapeur pour la diriger vers le haut.
Cette disposition remédie aux inconvénients sus- indiqués. En effet, comme la vapeur et les particules de liquide dispersées dans celle-ci suivent sensiblement la même trajectoire horizontale, aucun obstacle ne s'oppose à une augmentation de la vitesse de la vapeur, et par conséquent du débit, puisque, contrairement à ce Qui se produit dans les colonnes classiques, l'accroissement d'énergie cinétique de la vapeur ne risque pas ici d'em- pêcher la retombée au sein de la phase liquide des goutte- lettes de liquide en suspension dans la vapeur et de pro- voquer un recyclage intempestif du liquide.
La séparation des phases est assurée positivement par le choc du courant fluide contre la surface séparatrice et la force vive des gouttelettes denses de liquide empêche ces gouttelettes d'être entraînées par la vapeur au moment où celle-ci, ayant perdu en grande partie à la suite du choc sa force vive horizontale, est canalisée vers un étage supérieur.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant une enceinte com- portant un plateau se te-ruinant par un déversoir sensiblement ho
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rizontal, une cuvette d'amenée du liquide alimentant le plateau en liquide, une arrivée de vapeur sous le plateau, une surface inférieure de guidage de la vapeur, sous le plateau, pour obli- ger le courant de vapeur incident à prendre une vitesse accélé- rée de direction générale sensiblement horizontale, une surface de choc, espacée du déversoir et sensiblement normale à la di- rection de guidage du courant de vapeur et une surface supé- rieure de guidage de la vapeur au-dessus du plateau,
dont le bord inférieur situé vers l'avant par rapport au sens d'écoule- ment de la vapeur est espacé du déversoir et de la surface de choc et dont le bord inférieur libre situé vers l'arrière forme avec la cuv ; te d'alimentation du liquide un joint hydraulique, tandis que ladite surface tourne sa convexité vers la surface de choc, les surfaces supérieure et infé - rieure de guidage de la vapeur et le plate,au ayant des for- mes et positions relatives telles qu'elles provoquent des variations progressives de section à l'infériez de l'en- ceinte définie ci-dessus.
Au dessin annexé, qui montre,à titre d'exemple quelques modes de réalisation de l'invention :
La fig. 1 montre schématiquement un appareil suivant l'invention.
La fig. 2 est une coupe verticale d'une colonne de distillation, vers la tubulure d'arrivée de vapeur, suivant la ligne X-Y de la fig. 3.
La fig. 3 est une coupe horizontale de la colonne de la fig. 2, avec arrachement partiel et
La fig. 4 montre schématiquement une variante de réalisation.
En se référant à la Fig.1, 1 désigne les parois latérales d'une enceinte, par exemple la paroi cylindrique d'une colonne de distillation, dans laquelle sont disposés
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de préférence plusieurs étages de distillation superposés, étant entendu que l'invention s'étend également à un appareil distillateur qui ne comporterait qu'un seul étage de ce genre.
Un tel étage se compose d'un plateau -@-se terminant par un déversoir sensiblement horizontal a et aliment,: en liquide par une cuvette b, d'une arrivée vapeur B sous le plateau A, d'une surface inférieure C de guidage de la vapeur, sous le plateau A, pour obliger le courant de vapeur arrivant par B à prendre- une vitesse accélérée, de direction générale sensiblement horizontale, d'une surface de choc D, constituée dans cet exemple par la paroi interne du' cylindre 1, espacée du déversoir a et sensiblement normale à la direction de guidage du courant de vapeur et d'une surface supérieure Ci de guidage de la vapeur, au-dessus du plateau A, dont le bord inférieur 0,
situé vers l'avant par rapport au sens d'écoulement de la vapeur, est espacé du déver air a et de la surface de choc D et dont l'autre bord inférieur libre d, situé vers l'arrière, forme avec la cuvette b un joint hydraulique, tandis que ladite surface Ci, qui dans cet exemple est en forme de volute, tourne sa convexité vers la surface de choc D, comme représenté en e. Les surfaces C, A et e ont des formes et posi- tions relatives telles qu'elles provoquent un accroissement de section depuis le déversoir a jusqu'à la surface de choc D.
La structure qui vient d'être décrite permet de réa- liser le procédé (le distillation à grand débit et à hait rendement sus-indiqué : le liquide arrivant par la cuvette b s'étale en nappe sur le plateau A et tend à s'écouler le long du déversoir a. A cet endroit le liquide rencontre un courant à grande vitesse de vapeur, arrivant de B et dont la vitesse se trouve accrue par la forme de tuyère de l'es-
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pace compris entre le plateau A et la surface inférieure de guidage C. Ce courant a une direction générale sensiblement horizontale.
Au contact du liquide, il provoque une pulvéri- sation de ce liquide et les gouttelettes formées se dis- persent dans la vapeur, qui les entraîne à peu près horizon -
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talement,, vers la surface de choc D. La o.ist8.l1ce. tt. 1;1"-,ri,r- soir a à la surface de choc D déteraine, pour un dobit doni-Ls de vapeur, la longueur du contact entre les deux phases entre lesquelles doivent s'effectuer les échanges nécessai- res à la distillation. La pulvérisation du liquide donne d'ailleurs naissance à des gouttelettes de petite dimension, assurant une surface de contact très étendue.
Cette di - mension est une grandeur sur laquelle il est possible d'agir, contrairement à ce qui se passe dans une colonne à plateaux classiques, où les gouttelettes proviennent de la rupture de bulles de vapeur dont on ne peut réduire la dimension au-dessous d'une certaine limite sans risquer la production de mousses, qui sont une des principales difficultés de la distillation. 'La distance aD peut être largement dimension- née sans accroissement de le/hauteur de la colonne
D'autre part, la grande vitesse de la vapeur, condi- tionnée par un débit élevé, n'a pas pour inconvénient, comme dans la distillation classique, d'entraîner une fraction importante du.liquide vers l'étage supérieur et, par ce recyclage intempestif, de réduire le rendement.
En effet, les gouttelettes, propulsées par la vapeur, acquièrent une force vive importante qui leur permet d'atteindre la sur- face de choc D, malgré l'incurvation du courant de vapeur vers le haut entre la partie e de la surface de guidage supérieure et la surface de choc D. Avec cette force vive se compose la pesanteur, qui incurve le flux de particules li- quides vers le bas.
L'effet d'entraînement par la vapeur di-
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minue en fait à mesure que les particules de liquide et de vapeur s'éloignent du déversoir a et se rapprochent de la surface de choc D, d'une part en raison de l'épanouisse- ment du courant dû à la forme des surfaces C et e, assu- rant une réduction de vitesse dû-courant de vapeur et d'au- tre part en raison du choc des vernes de vapeur contre la surface D, qui réduit encore la vitesse et provoque la' sé- paration des phases, les gouttelettes liquides se collant sur la surface pour ruisseler sur celle-ci, tandis que'la vapeur s'élève vers l'étage supérieur.
,
Une partie du liquide est projetée contre la surface inférieure de la surface C, et retombe dans la partie a c pour être reprise par le courant de vapeur, ou bien retourne sur le plateau A et ceci sans inconvénient puisqu'elle n'a pas traversé le flux de vapeur et n'a donc pas en- core participé à l'échange.
Dans l'exemple représenté, la colonne comporte une série. d'unités ou étages superposés et la surface C1 cons- titue à la fois la surface de guidage supérieure de l'étage sous-jacent et la surface de guidage inférieure de l'étage qui le surmonte, dans' lequel A1 représente le plateau d'ame- née du liquide et C 2 la surface de guidage supérieure.
On voit que la vapeur gagne ainsi les étages supérieurs en s'enrichissant en produits volatils, 'tandis que le liquide rétrograde d'un étage .vers l'étage, sous-jacent en ruisselant le long de la paroi'pour se rassembler dans la cuvette b de l'étage inférieur.
Les fige. 2 et 3 montrent.un mode de réalisation pratiqué de l'invention, dans lequel la colonne'1 est de forme cylindrique. le- plateau A est une tôle cintrée dont les bords opposes 2 et 2' sont repliés et' soudés à la paroi interne de la colonne, la partie antérieure Formant déver-
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soir a ayant une longueur telle que les arêtes '3, 3' sont écartées de la paroi cylindrique 1 et soudées à des déflec- teurs latéraux 4,4', eux-mêmes soudés à la pafoi cylindri- que 1 suivant leurs arêtes 5,51. Cette disposition tend à guider le courant de vapeur et de liquide parallèlement au plan diamétral X-Y de la colonne .
On remarquera que le déversoir a fait suite à une partie incurvée du plateau' 3' dont la tangente t - t' fait un petit angle # avec l'horizontale, afin de communiquer initialement aux particules liquides une accélération dans la direction de la tangente t - t' ,ayant une composante agissant dans le même sens que la pesanteur. La direction générale du flux de vapeur et de liquide est encore hori- zontale, puisque le trajet de la vapeur s'incurve bientôt vers le haut. Cette composante, en s'ajoutant à la pesan- teur agissant sur les gouttelettes de liquide, contribue à les .empêcher d'être entraînées vers l'étage supérieur par le courant de vapeur.
De préférence, la tôle est raidie,en des points appropriés, par exemple dans le plan X-Y par des raidisseurs profilés en tôle tels que 6, soudés sur la face inférieure des plateaux A.
Les volutes C, Ci etc.. sont des tôles convenable- ment cintrées, dont les bords repliés 7, 7' sont soudés sur la paroi interne de la colonne. La rigidité est assurée par des tiges entretoises, telles que 8, soudées à leurs extrémités sur la tôle.
La fig. 2 montre la tubulure d'arrivée de vapeur 10, débouchant à la base de la colonne, sous l'élément infé- rieur C, lequel est prolongé de ± en f par un prolongement D de la tôle C. Les entretoises inférieures telles que sont disposées de façon à assurer la rigidité.
Dans l'exemple de la fige 4, les surfaces telles
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que C, C1 sont prolongées entre les points c et d par des surfaces telles que E. Cette disposition assure -un guidage positif de la vapeur et du gaz, obligeant la totalité de la phase liquide à franchir le courant de vapeur. Elle permet de réduire en outre la dépression locale et la bau- teur de liquide du joint hydraulique.
Bien entendu, l'invention s'applique uussi bien au cas d'une distillation avec entraînement par un gaz ou une vapeur auxiliaire. Elle n'est pas strictement limitée aux détails de réalisation décrits et représentés, qui n' ont été donnés qu'à titre d'exemple.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de distillation, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à provoquer le débordement d'une nappe de liquide le long . du bord d'une plaque dont la face inférieure est destinée à guider dans une direction générale sensiblement horizontale un courant de vapeur dont la vitesse est telle qu'elle provoque la pulvérisation de la nappe de .liquide, sa dispersion dans le courant de vapeur et son entraînement dans une direction générale sensiblement horizontale pendant laquelle s'opère le contact entre ces deux phases, puis le choc de ce courant contre une surface sensiblement nonmale à la direction générale dudit courant, en vue d'assurer la séparation des deux phases,
et à canaliser d'une part la phase liquide pour la diriger vers le bas et d'autre part la phase vapeur pour la diriger vers le haut.