Appareil pour réaliser un contact intime entre des gaz et des liquides.
L'absorption des substances gazeuses par les liquides peut être considérée comme diffusion de molécules gazeuses à travers des pellicules stationnaires qui délimitent les surfaces des deux phases. La vitesse de diffusion dépend, en premier lieu, des propriétés individuelles des substanees réagissantes, et ensuite des conditions de la réalisation de l'absorption.
Dans tous les types d'absorbeurs jusqu'à présent connus, on n'a tenu généralement compte que d'une partie seulement des facteurs utiles d'absorption, mais jamais de toutes les influences favorables ensemble. De plus, la réalisation constructive de ces appareils et leur conduite étaient souvent compliquées et peu sûres.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de créer un genre d'appareil permettant d'effectuer, dans des conditions identiquement favorables, l'absorption ou la désorption, accompagnées ou non de l'évacuation ou de l'introduction de calories.
L'appareil suivant l'invention se caracté- rise en ce qu'il comprend,aumoinsunréci- pient. dans lequel est monté au moins un tuyau fermé à une extrémité, s'étendant d'un bout à l'autre dudit récipient et muni de séries d'ouvertures radiales disposées de manière qu'un liquide envoyé sous pression dans le tuyau soit projeté contre les parois du réei- pient en forme de jets formant tous ensemble une série de rideaux liquides transversaux, ledit récipient étant pourvu, d'une part, d'une ouverture d'admission disposée de façon que le gaz, qui doit entrer en contact avec ce liquide, soit admis.
dans le récipient axialement, de manière à traverser les rideaux liquides et les jets de liquide rebondissant des parois, provoquant ainsi un tourbillonnement du mélange de liquide et de gaz, et, d'autre e part, d'une ouverture d'échappement située à l'opposé de ladite ouverture d'admission.
Dans cet appareil, le contact entre le liquide et le gaz peut avoir lieu sur une surface de contact très développée et entre des particules liquides suffisamment fines, animées d'une vitesse considérable et se disposant en forme de rideaux substantiellement parallèles et un courant gazeux traversant-éventuellement lui aussi à vitesse élevée-la série des rideaux de gouttelettes liquides. Par suite de cette rencontre à un angle convenable d'un courant gazeux avec des rideaux de gouttelettes, l'on obtient un tourbillonnement de la phase demeurée gazeuse qui entraîne une par tie des gouttelettes liquides.
En outre, les rideaux liquides projetés à vitesse élevée contre les parois de l'appareil rebondissent dans les espaces entre deux rideaux contigus en formant des projections de liquide dirigées en sens substantiellement contraire et à des angles variables par rapport aux jets formant les rideaux. De cette façon, le gaz traversant l'appareil en direction normale aux rideaux liquides en correspondance des ri deaux est entraîné vers une direction, tandis qu'en correspondance des jets de liquide rebondissant des parois est entraîné en sens substantiellement contraire.
De cette façon, des tourbillons multiples sont engendrés dans l'appareil en provoquant un contact intime entre les gouttelettes très fines et presque du brouillard de liquide et la phase gazeuse, avec un rendement de vi tesse de réaction et d'échange de calories, bien supérieur à ceux qui sont obtenables par d'autres méthodes et appareillages.
Le fonctionnement de cet appareil est donc basé sur une succession de lavages du gaz par de nombreux rideaux de liquide projetés à travers l'appareil à une très grande vitesse. Le gaz est fortement tourbillonné, au cours de son passage, par l'action méca- nique des jets du liquide, fonctionnant comme chicanes. Les rideaux de liquide, en traversant l'appareil, effectuent un lavage intensif du gaz et absorbent (ou désorbent) les substances et la chaleur.
La plus grande partie du liquide projeté s'écoule, ensuite, sur les parois en continuant pendant cet écoulement l'échange thermique normal entre l'intérieur et l'extérieur. Ainsi 7'appareil a une double action thermique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'ob- jet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 montrent en élévation deux appareils constituant ces deux formes d'exé- cution ;
Les fig. 3 et 4 montrent respectivement une coupe longitudinale et transversale de l'appareil suivant la fig. 1, pendant le fonc tionnement.
L'appareil suivant la fig. 1 comprend un récipient cylindrique t. disposé horizontale- ment et construit en matière appropriée, par exemple en tôle d'acier ordinaire ou inoxy- dable. en plomb, en cuivre, etc. Dans la par tie inférieure du récipient est prévu un tuyau disperser longitudinal 8 fermé à une extrémité et percé de trous calibrés F (voir fig. 3 et 4) disposés sur toute la longueur du tuyau disperseur. Au lieu d'un seul tuyau, on pourrait éventuellement en prévoir pl. usieurs. disposés en une ou en plusieurs s rangées.
Le liquide de circulation est envoyé dans ce tuyau disperser sous une pression due 1 a 3 kg, par exemple à l'aide d'une pompe ou d'un dispositif approprié à cet effet. Le liquide sort des trous calibrés F sous forme de jets G à une vitesse correspon- dant à la pression d'injection, égale, par exemple 1] 5-20 métrés par seconde. Plu sieurs rangées de t. rous étant prévues dans le tuyau 8, les jets forment de nombreux rideaux transversaux de liquide d'une action très intense comme on peut le voir aux fig. 3 et 4.
Le bout fermé du tuyau 8 forme une poche où. sous l'effet de l'inertie, se dépo- sent. presque toutes les Impuretés entraînées par le liquide. Ainsi, la possibilité de bou- chage des trous est réduite au minimum. Le gaz à traiter entre, dans le récipient par une tubulure d'entrée 2, traverse la zone A du liquide dispersé et sort par une tubulure de sortie 3. Le liquide d'arrosage effectue le circuit suivant : cylindre 1, tuyau 5, réfrigé- rant supplémentaire 6, pompe de circulation 4. tuyauterie 8 et disperseurs a. Le niveau du liquide dans le cylindre est maintenu constant à l'aide d'un trop-plein 9.
La surface extérieure du cylindre est arrosée avec de l'eau, distribuée régulièrement par un dispositif approprié.
La fig. 2 montre un appareil comportant t. rois récipients eylindriques A, B et C super- posés l'un à l'autre et raccordés en série l'un par rapport à l'autre. Le gaz à traiter entre dans le récipient A, traverse le récipient B, et sort finalement du récipient C par la tubulure 10. Les liquides d'arrosage sont injectés dans les récipients respectifs à l'aide des pompes c, d et e. L'excès du liquide est trans- vasé con'tinuellement d'un récipient à celui disposé au-dessous par un trop-plein. Le liquide sort finalement du récipient A par le trop-plein 40. Lessurfacesdesrécipients peuvent être, en cas de nécessité, refroidies ou réchauffées extérieurement.
Les appareils décrits peuvent être largement appliqués pour tous les procédés d'ab- sorption ou de désorbtion, pour le refroidissement ou pour le réchauffage des différents gaz.
Si l'on prévoit plulsieurs tayaux disper- seurs, ceux-ci peuvent être installés dans le récipient soit à la même hauteur, soit à des niveaux différents. Le nombre de tuyaux disperseurs dans chaque appareil peut être varié arbitrairement.
Le liquide d'arrosage peut circuler dans l'appareil, en fonction des besoins, soit en cir- cuit fermé, soit en circuit ouvert, soit en com binaison des deux, indépendamment ou en liaison avec d'autres appareils.
La partie inférieure du récipient 1 peut servir pour y accumuler le liquide après l'échange. Le niveau du liquide est maintenu à l'aide d'un trop-plein convenablement disposé.
Dans le cas où la surface du récipient est insuffisante par rapport à la quantité de calories à évacuer ou à apporter, on peut augmenter cette surface en installant des ré frigérants ou des réchauffeursg supplémen- taires du liquide soit sur l'aspiration, soit sur le refoulement de la pompe, soit dans un point quelconque du circuit ouvert si ce dernier est appliqué.
L'appareil peut aussi comprendre plusieurs récipients montés en parallèle.
Les exemples suivants illustrent l'emploi des appareils décrits dans certains cas pratiques :
Exemple 1 :
Les vapeurs nitreuses chaudes, provenant de l'oxydation de 4 T. d'ammonique par 24 heures, sont introduites à 500 , dans un absorbeur-réfrigérant de 2 m de diamètre eb'd, e 12m de longueur, construib en tôlle d'acier inoxydable. L'appareil est muni de deux pompes, injectant dans l'intérieur par six disperseurs 40 ms à l'heure d'acide en circula tion. Les parois extérieures du récipient cy- lindrique sont refroidies avec de l'eau à 15 . Au cours de son passage, le gaz se Te froidit jusqu'à 25 .
Danls l'appareil se condense la presque totalité de l'eau apportée avec le gaz et 34%environdesoxydes d'azote en formant de l'acide nitrique d'une concentration de 44% environ.
L'appareil ainsi conçu assure simultanément le refroidissement des vapeurs nitreuses chaudes et l'absorption des oxydes d'azote.
Exemple 2 :
Les vapeurs nitreuses, refroidies dans un absorbeur-réfrigérant décrit précédemment, sont introduites ensuite dans un ensemble composé de six absorbaurs-réfrigérants de mêmes'dimensions. Chacun des récipients cy- lindriques est muni d'une pompe de circulation et de six disperseurs. Les absorbeurs sont disposés en serie et en cascade. En introduisant l'eau de lavage dans le dernier appareil, on effectue le lavage du gaz à contre-courant en retirant du premier appareil l'acide nitrique résultant d'une concen- tration variant entre 50 et 55%.
La chaleur de réaction dégagée au cours de l'absorption est évacuée par arrosage ap proprié des surfaces ! extérieures avec de l'eau froide. Le rendement d'absorption est de 96 % environ.
Les appareils décrits sont remarquables par leur efficacité, par leur haut rendement, par une résistance insignifiante au passage du gaz, par l'absence de récipients et de ré frigérants supplémentaires du liquida, par une longueur très réduite de la. tuyauterie et, en général, par leur simplicité de cons truction et de conduite.