Dispositif pour la mise en contact d'un liquide avec un gaz ou une vapeur et procédé
de fabrication de ce dispositif.
La présente invention a trait à un dispo sitif pour la. mise en contact d'un ou plusieurs liquides avec un ou plusieurs gaz ou vapeurs, utilisable par exemple comme colonne à distiller ou à rectifier, colonne de lavage ou d'absorption de gaz, colonne à réaction, etc.
Dans la suite de la description, on désignera, pour simplifier, tous ce" ; appareils sous le nom de eolonnes .
On sait que les colonnes Ó remplissage sont garnie-, de matériaux destines à augmenter l'a surface de contact entre vapeur ou gaz et li quide. Les remplissages les plus courants sont constitues par des bi4iles ou des anneaux de verre, de grès, de pierre ponce, de porcelaine, métalliques, etc., qui sont le plus simplement empilés les uns sur les autres. L'efficacité des colonnes à remplissage étant fonction, toutes choses égales par ailleurs, de la surface du matériau de remplissage, on a utilisé divers artifices pour augmenter eel, le-ei : c'est ainsi qu'on a remplacé les billes par des anneaux (anneaux de Raschig) ou. utilisé des pièces tordues sur elles-mêmes ou plus ou moins con- tournées (anneaux Prym). etc.
Plus récemment, on a proposé d'utiliser comme matériau de remplissage des blocs de corps poreux perméables aux liquides, dont les pores ont un rayon moyen supérieur à 0, 001 mm, et de préférence compris entre 0, 001 et 1 mm, tels que les pierres poreuses utilisées pour la filtration des réaetifs aeides ou alcalins, le quarz agglomère par fusion partielle à haute température, qui constituent des matériaux particulièrement bon marché et résistants, les métaux ou toutes autres subs tances agglomérables par compression, fusion partielle, frittage, etc., des matériaux fibreux tels que l'amiante, des fibres cellulosiques, etc.
Des moyes de tels corps poreux, utilisés par r exemple comme matériau de remplissage de colonnes à rectifier, confèrent à ces colonnes un pouvoir séparateur considérablement, plus élevé que celui des colonnes à distiller ordinaires.
Toutefois, ces blocs poreux retiennent, du fait du volume de leurs pores, des quantités appréciables de liquide qui circulent par ca pillarité à l'intérieur même des blocs et. sont ainsi soustraites, pour un temps, aux échanges en surface avee les vapeurs. La présence dans la colonne de cette importante masse de liquide lui confère une inertie parfois gênante, par exemple lorsqu'on se propose de distiller successivement des substances différentes dans la même colonne.
D'autre part, la solution la plus économique pour obtenir les blocs poreux étant de les préparer par concassage de blocs, plaques, etc., de plus grand volume, les blocs ainsi obtenons présentent souvent une forme irrégulière, préjudiciable à l'efficacité optimum qui s'obtient, toutes con- ditions étant égales par ailleurs, avec des blocs de forme aussi voisine que possible de la sphère.
Le dispositif selon la présente invention, pour la mise en contact d'un liquide avec un gaz ou une vapeur, comporte comme les dis positifsdéjàconnusuneenceinte garnie d'un matériau de remplissage à travers lequel le gaz ou la vapeur et le liquide circulent simul- ta. nément. Il est caractérisé en ce que ledit matériau de remplissage est formé au moins en partie par des corps comprenant une âme en une matière imperméable aux liquides, recouverte d'une couche poreuse perméableaux liquides et dont les pores ont un rayon moyen compris entre. 0, 001 et 1 mm.
Ce dispositif présente tous les avantages de ceux utilisant les corps poreux connus jusqu'à présent, avec l'intérêt supplémentaire qu'il ne retient pas une quantité exagérée de liquide. Les élé- ments du matériau de remplissage peuvent avantageusement être de forme sensiblement sphérique. Les matériaux de remplissage ainsi constitués seront désignés pour simplifier dans ce qui suit sous le nom de semi-poreux .
La substance devant constituer l'âme du corps se, mi-poreux doit présenterunestruc-. ture telle qu'elle soit pratiquement imperméable aux liquides. Elle peut être massive ou présenter des pores ne communiquant. pas s entre eux, comme par exemple lia. pierre-ponce, ou même des pores communiquant de part en part, mais d'un rayon trop faible pour autoriser le passagedesliquides(parexemple inférieur à 0, 001 mm) comme les diaphragmes d'électrolyseurs. Il est évident que cette substance doit être inattaquable par les vapeurs et liquides qui seront amenés à son contact et qu'elle doit également résister aux températures auxquelles elle sera soumise.
La solu- tíon la plus éeonomique consiste à utiliser des déchets de grès, de briques, de porcelaine, etc., que l'on concasse et tamise de façon à trier des morceauxdetailleàpeuprèsrégulièreet. dont la plus grande dimension soit légèrement inférieure à celle que l'on s'est fixée pour le diamètre des corps semi-poreux que l'on se propose d'utiliser.
La couche poreuse enrobant l'âme imper- méable auxliquide' peut être constituée par des grains d'une substance inattaquable par les corps en présenceetrésistantauxtempé- ratures d'emploi, laissant entre eux des vide.-. d'un rayon moyen compris entre 0, 001 et 1 mm et communiquant les uns avec les antres. Une telle couche peut être aisémentréali- sée à la. surface de l'âme, en utilisant des grainsdequartzou de porcelaine.
On peut, par exemple, enduire celle-ci d'une colle orga- nique et y faire adhérer une poudre consti- tuée par des grains de grosseur telle qu'après destruction de la colle et agglomération des grains entre eux et avec l'âme, par exemple sous l'influence de la chaleur, combinée ou non à celle de la pression, ces grains laissent entre eux desvidesdediamètreconvenable.
Une technique d'enrobage convenable pourra être mise au point en vérifiantsimplement qu'à travers les corps semi-poreux ainsi cons titubés et dont. les pores de la couche superficelle ont des dimensions dans l'intervalle défini plus haut, la diffusion de liquides tel. s que l'eau s'effectue presque instantanément et d'autant plus vite évidemmentqueles pores sont plus grands.
On peut donner aux corps semi-poreux une forme quelconque. Il est toutefois remarquable de noter que la méthode la plus simple de préparation de ces corps, telle qu'ellevient d'être décrite, conduit tout naturellement,à partir d'âmes de forme quelconque, à des semi-poreux tendantà se rapprocher de la forme sphérique, qui, à volume égal. assure aux corps de remplissage la répartition la plus régulière dans la colonne, d l'efficacité maxima.
Lesdimensionsdescorpssemi-poreuxpeu- vent varier dans de larges proportions, comme cellesdesmatériauxderemplissageutilisés jusqu'à présent.
Les échanges entre liquide et vapeur ou gaz n'ayant pratiquement lieu qu'à. la surface des grains, il n'est, pas souhaitable qu'une im- portante quantité de liquide soit soustraite à ces échanges en 6tant. attirée par les forces capillaires dans l'intérieur de la couche poreuse, comme c'est le cas avec les remplissages purement poreux. Il est done avantageux que la couche poreuse autour de l'âme soit aussi mince que possible.
Une colonne garnie de corps semi-poreux présenta, en plus des particularités signalées ci-dessus, les mêmes avantages du point, de vue des échanges liquide-vapeur que les co- lonnes à corps de remplissage poreux décrites précédemment, en particulier en ce qui eon- cerne a suppression du ruissellement le long des parois. L'efficacité pour des éléments de remplissage poreux et semi-poreux de mêmes dimensions extérieures et. de pores de diamètre comparable, tend pratiquement à être supérieure dans le cas des corps semi-poreux parcequ'onlesobtient plus facilement avec une forme plus voisine de la sphère, comme il a été indiqué plus haut.
Les colonnes a, remplissage ainsi consti- tuées peuvent être utilisées pour la distillation, rectification ou séparation des liquider au laboratoire, aussi bien que dans les industries les plus diverses, en particulier dans la grande industrie chimique organique, les dis tilleriesd'alcool,la.parfumerie, les industries de distillation de pétrole et essences naturelles et synthétiques et. leurs sous-produits, pour le lavage des gaz et leur mise en solution dans les liquides, pour les réactions entre liquides etgazenvuedel'obtention de différents com posés,etc.
Les exemples suivants décrivent la prépa- ration des corps semi-poreux et mettent en évidence les avantages du dispositif selon la présente invention sur les colonnes classiques à plateaux ou à remplissage.
Exemple 1 :
On concasse des déchets de grès et on sépare par tamisage les morceaux dont la, plus grande dimension soit voisine de 4 mm. Ces morceaux sont ensuite enduits d'une solution aqueuse d'alcool polyvinylique et enrobés d'une poudre de porcelaine dont les grains ont un diamètre moyen de 200 y
Les morceaux ainsi enrobés sont portes a, 1050"d'ans un four. Après quoi, on les laisse refroidir.
Sur un ballon de 1 litre, on monte une colonne de 40 mm de diamètre garnie sur une hauteur de 800 mm de morceaux semi-poreux de 4 à 6 mm constitués comme on vient de l'expliquer. La colonne est munie d'un analyseur total avec un robinet permettant de régler la vitesse de distillation.
On charge dans le ballon 500 cm3 d'acide acétique a. queux à 10 /o et règle le chauffage de façon à distiller 300 g à l'heure (1300 ea- lories par d. m2 de section de la colonne).
On règle ensuite le robinet de l'analyseur de façon à réduire la vitesse de distillation à 60 g à l'heure (taux de rétrogradation =5).
Le distillat renferme alors 0, 006"/0. d'acide acétique, ce qui correspond à une efficacité théorique de 52 plateaux environ.
En réduisant la vit-esse de distillation à 15 g/heure (taux de rétrogradation = 20 en viron), le titre en acide du distillât est de 0, 014"/o(efficacité24plateaux).
Si l'on remplace alors les corps semiporeux par des anneaux de Rasehig en verre de 5 mm et recommence l'essai dans les. mêmes conditions au. taux de rétrogradationde 4, la teneur du distillat en acide acétique est de 3, 3"At(efficacité 4 plateaux). Au taux de rétrogradation de 20, la teneur s'abaisse à 2, 9"/C (efficacité 4 plateaux environ).
Il ressort de cet exemple que la colonne à corps semi-poreux est environ 6 fois plus efficace dans ce cas que la colonne à anneaux de
Raschig ordina. ire. Awtrement dit., une colonne à anneaux de Rasehig peut être remplacée par une colonnedemêmediamètre,garniede corps semi-poreux de même grosseur que les anneaux et 6 fois moins haute.
Exemple 2 :
On garnit avec les corps semi-poreux pré- parés comme à l'exemple ci-dessus et ayant un diamètre moyen de 4 à 6 mm une colonne à absorptionde gaz carboniquede40 mm de diamètre, la hauteur de garnissage étant de 250 mm. La colonne est alimentée à sa partie inférieure par de l'air à 10 /o de gaz carbo- nique avec un débit de 83 litres d'air à L'heure, soit 8, 3 litres de C02 et, à sa partie supérieure, par une solution aqueuse à 50"/o de diétha. nolamine.
On constate que si on fait passer : 4, 6 mol. de diéthanolamine pour 1 mol. C02,
on absorbe 93 /o du C02, 2, 1 mol. de diét. hanolamine pour 1 mol. C02,
on absorbe 70 O/o d-Li C02, 0, 9 mol. de diéthanolamine pour 1 mol. C02,
on absorbe 37 /o du CO2.
Si l'on remplace dans la même colonne les semi-poreux par des anneaux de Raschig de même diamètre, on constate que pour : 4, 2 mol. de diéthanolamine pour 1 mol. CO2,
on absorbe 23 I/o du CO2, 9, 2 mol. de diétha. nolamine pour 1 mol. C02,
on absorbe 37 /o du C02.
Il résulte de cet exemple qu'à alimentation sensiblement égale en diéthanolamine, l'absorption est 4 fois meilleure avee les semiporeux (93 /o contre 23 /o) ou que si l'on veut atteindre un taux d'absorption égal, il faut passer 10 fois plus de diéthanolamine avec les Rasehig qu'avee les semi-poreux (9, 2 mol. contre 0, 9 mol.).
REVENDICATIONS :
I. Dispositif pour la mise encontactd'un liquide avec un gaz ou une va. peur, compor- tant une enceinte garnie d'un matériau de remplissage à travers lequel le gaz ou la vapeur et le liquide circulent simultanément, caractérisé en ce que ledit matériau de remplissage est tonné au moins en part-ie par des corps comprenant une âme en une matière imperméable aux liquides, recouverte d'une couche poreuse perméable aux liquides et dont les pores ont un rayon moyen compris entre 0, 001 et 1. mm.