Dispositif pour la mise en contact intime d'un ou plusieurs gaz avec un liquide.
La mise en contact des gaz avee des liquides est un des problèmes qui se posent fréquemment dans l'industrie ehimique, soit que l'on cherche à extraire de mélanges ga- zeux certains de leurs constituants par dissolution dans des liquides appropriés,, soit que l'on se propose de réaliser entre eux de véri- tables réactions chimiques.
Les procédés les plus couramment appli- qués, et qui réussissent généralement bien lorsque les gaz sont assez solubles dans les liquides ou présentent pour eux une affinité notable, consistent dans le léchage, le barbotage ou la circulation à contre-courant dans des tours ou colonnes, garnies de matériaux de remplissage tels que fragments de silice, coke ou anneaux de Baschig.
Ces procédés se trouvent en défaut lorsque les gaz ne présentent pour les liquides qu'une affinité médiocre et que cette paresse réaetionnelle n'est pas compensée par une solubilité physique notable. Dans ce cas, on a recommandé, au cours de ces dernières années, soit d'améliorer la solubilité par accroissement de la pression, soit de diviser finement le gaz en le pulvérisant à travers une paroi poreuse et/ou en le faisant barboter dans le liquide agité mécaniquement de façon intense.
Ces procédés ont une efficacité certaine, mais ils présentent de notables inconvénients, lorsqu'ils doivent tre appliqués à des liquides corrosifs ou doués de propriétés dissolvantes marquées.
La présente invention, due aux travaux effectués dans les services de la Société titulaire par M. Fohanno, a pour objet un dispositif qui permet d'éviter tous les ennuis dus à l'utilisation de pièces mécaniques en mouvement, ainsi que ceux qui peuvent résulter du contact du liquide avee des mastiquages.
Le dispositif conforme à l'invention comporte un tube en U dont chacune des branches est raccordée, à sa partie supérieure, à une capacité susceptible de recevoir le liquide à mettre en contact avec le ou les gaz et munie d'au moins une tubulure de communication avee l'extérieur, tube sur la longueur duquel est intercalé au moins un élément poreux enfermé dans une enveloppe étanche ménageant autour de l'élément un espace clos raccordé à une arrivée de gaz sous pression, au moins un tel élément poreux étant disposé à la partie inférieure de l'une des branches dudit tube.
L'ensemble constitué par le tube en U et les capacités étant plein de liquide, si l'on refoule le gaz dans 1'enveloppe entourant l'élé- ment poreux, ce gaz pénètre dans le tube en traversant ledit élément de l'extérieur vers l'in- térieur et il se forme des bulles qui tendent à s'élever dans la branche de l'U sur laquelle est intercalé l'élément poreux. La densité moyenne du contenu (liquide + gaz) de cette branche étant inférieure à celle du contenu (liquide seul) de l'autre branche, le liquide se met en mouvement avec une vitesse qui dé- pend des dimensions de l'appareil et pour un mme appareil, du débit de gaz refoulé à travers le ou les éléments poreux.
On peut ainsi obtenir une circulation de liquide très active, qui entraîne les bulles gazeuses au fur et à mesure de leur formation et conduit par là mme à une dispersion extrmement fine, très favorable au contact intime de ses constituants.
Si le contact entre le gaz et le liquide n'a pas besoin d'tre renouvelé, les capacités raccordées au tube en U peuvent tre isolées entre elles, le liquide étant amené dans une des capacités et évacué de l'autre au fur et à mesure de sa circulation dans le dispositif.
Dans le cas contraire, on peut relier les deux capacités l'une à l'autre ; le liquide tourne alors en circuit fermé, des fractions de ce liquide étant éliminées du dispositif de façon continue ou discontinue et remplacées au fur et à mesure des besoins. Pour prolonger encore le contact, on peut intercaler sur l'une des branches du tube en U, de préférence en aval du ou des éléments poreux, une capacité additionnelle.
Lorsqu'on utilise plusieurs gaz que l'on refoule à travers plusieurs éléments poreux, il est préférable de disposer le plus bas possible l'élément par lequel on refoule le gaz le moins soluble dans le liquide en circulation, de façon à utiliser au maximum la différence de densité entre la dispersion extrmement fine liquide-gaz et le liquide pur. Lorsqu'un des gaz à mettre en oeuvre est bien soluble dans le liquide, on peut, avec avantage, placer l'élément poreux qui lui correspond sur la a branche de 1'U dans laquelle le liquide des cend, car les bulles qui prennent naissance sur la paroi interne disparaissent rapidement et leur influence retardatrice sur la circu- lation du liquide est négligeable.
Ce dispositif s'applique particulièrement bien à l'utilisation d'un mélange de gaz dont certains constituants, seulement sont aptes à se dissoudre dans le liquide ou à réagir sur lui, la partie inerte ou insoluble servant à la propulsion ; cette condition n'est cependant pas indispensable et, mme dans le cas de gaz très solubles, on arrive à obtenir une eireula- tion assez active, grâce à la différence de densité moyenne que procure le volume occupé par les bulles avant de disparaître, ainsi que 1'échauffement qui résulte souvent de la réaction produite et qui donne lieu à un effet de thermo-siphon.
Au cas où la circulation deviendrait insuf fisante, il est toujours possible de faire une injection de gaz inerte, soit par un élément poreux distinct, s, oit à l'état de mélange avec le gaz réagissant.
Le dispositif conforme à l'invention peut tre appliqué avec avantage à la fabrication de la chlorhydrine du glycol par actions sue- cessives du chlore et de l'éthylène sur l'eau.
A titre d'autres, exemples d'application de ce dispositif, on peut également citer la préparation de dérivés de l'oxyde d'éthylène, savoir :
Le glycol et les polyéthylène-. glycols, par action de l'oxyde d'éthylène sur l'eau faiblement acidulée ;
les éthanolamines par action de l'oxyde d'éthylène sur l'ammoniaque aqueuse ;
les monoéthers du glycol, par action de l'oxyde d'éthylène sur les alcools légèrement acidifiés.
Il peut tre encore utilisé par exemple pour la préparation du tétrachloro-éthane par action du chlore sur l'acétylène, au sein du tétrachloro-éthane lui-mme.
On a représenté, au dessin annexé, un exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, en vue de la préparation de la monochlorhydrine du glycol. Dans ce dessin :
Fig. 1 est un schéma d'ensemble du dispositif.
Fig. 2 est un détail, à plus grande échelle, du montage d'un élément poreux.
Le dispositif représenté comporte un tube en U 1 de grande hauteur, dont les branches la et 1b sont raccordées respeetivement à deux réservoirs 2 et 3. Le réservoir 2, ouvert à sa partie supérieure, est muni d'une tubulure de trop-plein 4, d'un tube de remplissage 5 et contient un réfrigérant à serpentin 6.
La branche du tube 1 débouche tangen- tellement dans le réservoir 3 à cyclone, qui communique, à sa partie supérieure, avec un ballon 7 muni d'une tubulure 8 d'évacuation des gaz. Les réservoirs 2 et 3 communiquent entre eux par un conduit 9 raccordé, d'une part, à la base du réservoir 3 et, d'autre part, au réservoir 2 en un point situé légèrement en-dessous du trop-plein 4.
Sur le tube 1. sont disposés deux diffuseurs 10 et 11. Ces diffuseurs sont constitués (fig. 2) par un élément de tube poreux 12 intercalé sur le tube 1. Cet élément poreux est imperméabilisé en 12a, au voisinage de ses deux extrémités, et est entouré par un manchon 13 ménageant autour de l'élément un espace annulaire 14 qui, par une tubulure 15, peut tre mis en communication avec une source de gaz sous pression. L'étanchéité entre le manchon 13 et la partie imper méabilisée 12a de l'élément de tube 12 est assurée à l'aide de joints 16 comprimés par des couronnes 17 qu'un dispositif de tiges filetées et d'écrous 18 tend à rapprocher l'une de l'autre.
L'étanchéité entre le tube 1 et l'élément 12 est assurée au moyen de rac eords de caoutchouc 19 solidement ligaturés.
Sur la branche lb du tube 1 est intercalée une capacité additionnelle 20 (fig. 1). Des robinets 21 et 22 permettent la prise d'échan- tillons et la vidange du dispositif.
Pour la fabrication de la ehlorhydrine du glycol, on remplit d'eau le dispositif par le tube 5 jusqu'à ce que le niveau s'établisse, dans les réservoirs 2 et 3, à la hauteur du trop-plein 4. Le diffuseur 10 est relié à une source de chlore sous pression et le diffuseur 11 à une souree d'éthylène également sous pression.
L'éthylene refoulé dans le diffuseur 11 traverse l'élément tubulaire poreux 12 et pé- nètre dans le tube 1R sous forme de bulles très fines. Il se forme ainsi une dispersion extrmement fine d'éthylène dans l'eau, la densité apparente du contenu de la branche 16 du tube 1 diminue et le liquide se met en circulation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, venant du réservoir 2, passant dans le tube 1, retournant au réservoir 3 et, de là, au réservoir 2, où le cycle recommence.
En mme temps, le chlore refoulé dans le diffuseur 10 se dissout presque immédiatement dans l'eau, sans que les bulles qui se forment le long des parois internes du tube poreux 12 s'opposent de façon appréciable à la circulation du liquide.
La réaction se développe de la façon sui- vante :
Tout d'abord, le chlore se dissout dans l'eau et. s'hydrolyse entre les diffuseurs 10 et 11, en donnant de l'acide chlorhydrique et de l'acide hypochloreux : C12 +H2O s ClII +ClOEI
Ensuite l'éthylène introduit par le diffuseur 11 se combine à l'acide hypoehloreux en donnant la ehlorhydrine du glycol :
CIOH+CH-=CII2- CH2C1-CH2OH
Les gaz non absorbés sont séparés du liquide dans le réservoir à cyclone 3 et s'éehap- pent en passant par le ballon 7 et la tubu lure 8.
Enfin, le liquide est refroidi au moyen du serpentin 6, la température étant contrôlée par les thermomètres 23 et 24.
Une fois la réaction bien amorcée, on alimente en eau pure par le tube 5 et l'on soutire, par le trop-plein 4, une solution aqueuse de ehlorhydrine, cette dernière pouvant tre ensuite séparée par distillation.
La capacité additionnelle 20 permet d'ac- croître la durée de contact entre l'eau char- gée d'acide hypochloreux et l'éthylène.
Pour accroître encore cette durée de contact, on peut donner à une partie de la branche lb, se trouvant par exemple audessus du diffuseur 11,undiamètrenette- ment supérieur à celui de la branche la, par exemple égal à celui de la capacité 20.
Il est clair que, si l'on a plus de deux gaz à disperser dans un liquide, on peut prévoir plus de deux éléments poreux sur le tube.
Ces éléments poreux pourraient tre tous disposés sur une mme branche du tube, ou bien chaque branche pourrait comporter plusieurs éléments poreux.