Procédé de séparation en continu de mélanges liquides par diffusion thermique
et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
Le présent brevet a pour objets un procédé de séparation en continu de mélanges liquides en deux fractions de composition différente, par diffusion thermique, et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans un procédé de diffusion thermique continue d'un liquide, on fait passer un mince courant de liquide à travers une chambre délimitée par des parois étroitement espacées. Les parois sont maintenues à des températures différentes, d'où il s'ensuit qu'une différence de température est maintenue dans le courant mince de liquide contenu dans la chambre.
Par suite du chauffage de la partie du liquide avoisinant la paroi ayant la température relativement plus élevée, que l'on appellera plus simplement paroi chaude , et par suite du refroidissement du liquide avoisinant la paroi maintenue à la température relativement plus basse, que l'on appellera plus simplement pa roi froide : > , il s'établit une circulation thermi- que dans laquelle le liquide avoisinant la paroi chaude s'élève dans la chambre et le liquide avoisinant la paroi froide descend.
Cette circulation thermique détermine une circulation à contre-courant dans la chambre.
L'effet de diffusion thermique créé par la différence de température engendrée dans le liquide contenu dans la chambre sert à déplacer l'un des composants du liquide vers la paroi froide et l'autre vers la paroi chaude, d'où il s'ensuit que les deux courants circulant à contre-courant dans la chambre sont chacun enrichis de l'un des composants ou de l'autre.
Le déplacement moléculaire dans le liquide contenu dans la chambre et le déplacement du liquide vers le haut, le long de la paroi chaude, et vers le bas, le long de la paroi froide, par suite de la circulation thermique, coopèrent pour concentrer le liquide enrichi de l'un des composants à la partie supérieure de la chambre et pour concentrer le liquide enrichi de l'autre composant à la partie inférieure de la chambre.
Le taux d'alimentation en liquide dans la chambre ne doit pas être tel qu'il gêne la circulation laminaire des courants circulant à contre-courant dans la chambre et qu'il favorise leur mélange.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on crée deux minces courants séparés par une membrane présentant des pores de dimension suffisante pour permettre aux molécules des matières à séparer de les traverser, on maintient une différence de température dans ces courants voisins, de la surface non adja cente à la membrane de l'un des courants à la
surface non adjacente à la membrane de l'autre courant, de façon à engendrer, dans le liquide,
des forces de diffusion thermiques faisant passer les molécules de l'une des matières du mélange liquide à travers les pores dans un sens pour en enrichir l'un des courants et faisant passer les molécules d'une autre matière dudit mélange à travers les pores, en sens inverse, pour en enrichir l'autre des courants,
on introduit du mélange liquide de façon continue dans l'un au moins des courants et l'on retire des deux courants, de façon continue, des fractions de composition différente, le débit total du liquide ajouté étant égal au débit total du liquide retiré.
La séparation effectuée peut avoir pour but non seulement la séparation dans le sens ordinaire du mot, mais également la rectification, la concentration, l'enrichissement et la purification.
Ainsi, par exemple, le procédé selon l'invention peut être appliqué à la séparation des produits du pétrole, la séparation de alcool benzylique et de l'éthylène-glycol dans un mélange azéotropique de ces derniers en deux fractions, dont l'une est plus riche en alcool benzylique et dont l'autre est plus riche en éthylèneglycol que le mélange initial; la séparation d'huiles, de graisses non alimentaires et de cires végétales en des composants dont les degrés de non-saturation, les points de fusion et les indices de réfraction sont différents; enfin, la séparation d'huile de graissage en fractions ayant des indices de viscosité différents, etc.
L'appareil pour l'exécution dudit procédé est caractérisé en ce qu'il comporte deux parois imperméables aux liquides, en matière conductrice de la chaleur, dont les faces opposées et lisses sont sensiblement parallèles et écartées l'une de l'autre pour constituer une chambre de diffusion thermique étroite sensiblement uniforme, l'une au moins des parois étant associée à des moyens servant à maintenir une différence de température entre les faces lisses opposées, une membrane perméable aux liquides placée dans la chambre, cette membrane étant située entre les faces des parois délimitant la chambre, espacée de ces faces de parois et sensiblement parallèle à ces dernières pour former un premier espace entre l'une des faces de parois et la membrane et un second espace entre l'autre face de paroi et la membrane,
enfin des moyens pour introduire et retirer le liquide comprenant au moins un orifice d'admission communiquant avec le premier espace, un premier orifice de retrait communiquant avec le premier espace en un point éloigné de l'orifice d'admission, et un second orifice de retrait communiquant avec le second espace.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, des schémas et des courbes explicatifs.
La fig. 1 est une vue schématique, en coupe transversale, de la première forme d'exécution de l'appareil.
La fig. 2 est une vue partiellement éclatée, en perspective, de cette forme d'exécution.
Les fig. 3 à 15 sont les schémas explicatifs montrant des modes de circulation d'un liquide dans l'appareil.
Les fig. 16 et 17 sont les courbes explicatives.
Les fig. 18 et 19 sont des coupes transversales de la deuxième et troisième forme d'exécution de l'appareil, respectivement.
Dans la première forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, l'appareil comprend deux parois 10 et 11 rectangulaires, imperméables aux liquides, en matière conductrice de la chaleur, deux joints 12 et 14, et une membrane 16 perméable aux liquides. La face 17 (non visible sur la fig. 2) de la paroi 10 est lisse et plane et comporte à ses extrémités supérieure et inférieure, ou près de ces extrémités, des orifices 19 et 20 qui communiquent respectivement avec des canalisations 21 et 22.
La face 24 de la paroi 11 est, de même, lisse et plane et comporte également des orifices 26 et 27, semblables aux orifices 19 et 20, qui communiquent avec des canalisations 29 et 30. La paroi 1 1 est munie d'une chemise de chauffage 31 alimentée par un agent de chauffage entrant par une canalisation 32 et sortant par une canalisation 34. L'autre paroi 10, de façon similaire, est munie d'une chemise de refroidissement 36 alimentée par un agent de refroidissement pénétrant par une canalisation 37 et sortant par une canalisation 39. Les parois 10 et 1 1 comportent encore des orifices 40.
Dans la deuxième forme d'exécution représentée à la fig. 18, l'appareil est, en substance, similaire à celui représenté sur les fig. 1 et 2, la seule différence résidant dans le fait qu'il comporte deux chambres de diffusion thermique, dont les parois chaudes ila et llb sont disposées dos à dos et chauffées au moyen de résistances électriques 41, et que les membranes perméables 1 6a et 1 6b sont supportées par des bandes 42 constituant des éléments d'écartement qui les immobilisent contre tout déplacement latéral.
Les pièces de l'appareil représenté sur la fig. 18, semblables aux pièces correspondantes de l'appareil des fig. 1 et 2, sont indiquées par les mêmes références.
Dans la troisième forme d'exécution représentée à la fig. 19, les surfaces formant la chambre sont de forme tubulaire. L'appareil comprend une enveloppe 44 contenant plusieurs jeux de tubes concentriques 46 et 47. Les tubes intérieurs 46 sont supportés par des plaques 48 et 49 et les tubes extérieurs sont supportés par des plaques 50 et 51.
Dans la chambre annulaire formée par la paroi extérieure du tube intérieur 46 et la paroi intérieure du tube extérieur 47, une membrane perméable 52 est supportée par une matière filtrante 54 qui l'immobilise contre tout déplacement latéral.
Des orifices d'admission et de retrait communiquant avec la chambre annulaire sur l'un des côtés ou sur l'autre de la membrane perméable 52 sont constitués par des plaques déflectrices 56 et 57 comportant des rebords 59 et 60 s'étendant respectivement vers le bas et vers le haut et par des canalisations 61, 62, 64 et 66 qui communiquent avec les espaces ménagés entre les plaques 48 et 56, 50 et 56, 51 et 57 et 49 et 57.
Un fluide de chauffage ou de refroidissement pour chauffer ou refroidir les tubes intérieurs 46 peut être introduit dans l'appareil ou en être retiré au moyen de canalisations 67 et 69 et un fluide de refroidissement ou de chauffage pour refroidir ou chauffer les tubes extérieurs 47 peut circuler dans l'appareil au moyen des canalisations 70 et 71.
Les parois peuvent être, par exemple, en acier inoxydable, en cuivre, en aluminium, en verre, en laiton ou autres alliages, c'est-à-dire en une matière imperméable aux liquides, conductrice de-la chaleur et ne réagissant pas avec les matières à séparer. Les faces des parois opposées, formant la chambre, sont écartées l'une de l'autre au moyen d'éléments d'écartement d'une distance atteignant jusqu'à 3,810 mm.
Théoriquement, il n'y a aucun espace minimum ou épaisseur de chambre entre les faces de parois opposées, mais, en pratique, il est difficile de fabriquer les parois et la membrane intermédiaire avec des tolérances suffisamment étroites pour obtenir des intervalles entre les deux faces de la membrane et les faces de parois respectivement voisines sans écarter l'une de l'autre les faces des parois formant la chambre d'au moins environ 0,254 mm. Des écartements, dans la partie supérieure, compris dans la gamme allant de 0,254mmà3,810mm, sont possibles, en particulier lorsque la matière de la membrane est relativement épaisse et présente une bonne conductibilité calorifique.
Pour obtenir des résultats optima, l'épaisseur combinée des deux espaces disponibles pour la circulation du liquide et, par conséquent, également l'épaisseur des éléments d'écartement, doivent être comprises entre environ 0,508 mm et environ 1,524 mm. Toutefois, on peut obtenir d'excellents résultats en raison des taux de circulation beaucoup plus élevés et les séparations sont rendues possibles par la membrane, lorsque l'épaisseur combinée des éléments d'écartement atteint environ 2,032 mm.
En général, la membrane doit être perméable et modérément inerte par rapport à tous les composants du liquide à soumettre à la diffusion continue et sa perméabilité ne doit pas être affectée par lesdits composants.
La membrane doit, de préférence, pouvoir également servir de support pour réduire au minimum le déplacement latéral dû aux différences de pression s'exerçant sur ses deux faces et l'obturation qui s'ensuit de l'un ou des deux espaces entre la membrane et les faces des parois formant la chambre.
On a constaté que des membranes ayant un grand nombre de pores très petits donnent de meilleurs résultats que des membranes ayant un nombre plus petit de pores plus grands, peut être parce que des pores plus grands tendent à permettre la circulation globale du liquide par opposition au déplacement des molécules ou particules analogues à travers les pores par suite des forces de diffusion thermiques.
La forme et la position des parois n'ont aumembrane est celle qui est suffisante pour permettre le libre déplacement, par suite des forces de diffusion thermiques, de toutes les molécules ou autres particules du liquide soumis aux forces de diffusion thermiques.
I1 n'y a pas de limite supérieure critique à la dimension des pores, mais il est, en général, préférable que la dimension moyenne des pores ne soit pas, de façon appréciable, supérieure à environ 5 à 10 microns en moyenne.
De plus grandes dimensions de pores ne rendent en aucune façon le procédé de diffusion thermique inopérant. Toutefois, elles sont indésirables parce que de plus grandes dimensions de pores favorisent la circulation globale du liquide à travers eux dans une mesure qui se traduit par un remélange physique des composants liquides enrichis des deux côtés de la membrane, sans rien ajouter à la facilité avec laquelle les molécules du liquide peuvent se déplacer à travers la chambre par suite des forces de diffusion thermiques.
On préfère que la membrane soit mince, ou qu'elle soit bonne conductrice, ou encore qu'elle présente ces deux caractéristiques. L'épaisseur optimum est nécessairement un compromis entre un minimum en ce qui concerne la conductibilité calorifique requise et un maximum en ce qui concerne la résistance. Si cela est nécessaire, la membrane peut être supportée, du côté à basse pression ou sur les deux côtés, par des bandes formant éléments d'écartement en matière filtrante, qui la maintiennent contre tout déplacement latéral, comme représenté, par exemple, sur les fig. 18 et 19, mais on doit de préférence éviter l'utilisation d'une telle matière de support pour réduire au minimum la perturbation de la circulation laminaire du liquide parallèle à la membrane.
On a constaté que des papiers tels que du papier pour duplicateur, du papier à écrire (7, 9 et 10 kg) et du papier calque conviennent très bien comme matière pour constituer la membrane. On a également constaté que des pellicules de bentonite, des feuilles minces d'acier inoxydable poreux, et une lamelle constituée par une matière en fibre de verre imprégnée d'une charge finement divisée telle que de l'argile, sont appropriées.
En se référant maintenant de nouveau à l'appareil représenté sur les fig. 1 et 2, on voit qu'il est désirable de fixer solidement le pourtour de la membrane 16 entre les joints 12 et 14 qui servent à écarter l'une de l'autre les faces opposées des parois 10 et 1 1 et aussi bien qu'à former une chambre sensiblement uniforme dont l'épaisseur est approximativement égale à l'épaisseur combinée des joints et de la membrane, la chambre étant divisée en deux espaces par la membrane 16.
La forme et la position des parois n'a aucun effet appréciable sur le degré de séparation obtenu. La chambre formée par les faces de parois opposées peut être longue et étroite, ou elle peut être carrée, trapézoïdale ou de n'importe quelle autre forme. Les parois peuvent également être constituées par des tubes concentriques, la surface extérieure du tube intérieur formant l'une des faces de la chambre et la surface intérieure du tube extérieur formant la face opposée de la chambre.
Le degré de séparation obtenu avec l'appareil décrit ne dépend pas, lorsque la chambre se trouve dans une position verticale, de la hauteur de la chambre, et l'appareil peut fonctionner dans toute position désirée, c'est-à-dire ver ticalement, comme représenté, ou bien horizontalement, ou bien incliné entre la verticale et l'horizontale. Lorsque l'appareil est incliné ou horizontal, la paroi froide doit, de préférence, ne pas se trouver au-dessus de la paroi chaude.
On a représenté schématiquement sur les fig. 3 à 15 des modes de circulation typiques et efficaces, qui s'expliquent d'eux-mêmes ; sur ces figures, les symboles HW et CW signifient respectivement paroi chaude et paroi froide, la membrane est indiquée par une ligne pointillée, l'absence d'un orifice ouvert à une extrémité d'un espace compris entre la membrane et l'une des parois est indiquée par une ligne reliant l'extrémité de la membrane et la paroi, et les positions des flèches indiquent les emplacements des orifices, les flèches orientées vers l'intérieur indiquant des orifices d'admission et les flèches dirigées vers l'extérieur indiquant des orifices de retrait.
De plus, il est possible d'effectuer la séparation par diffusion thermique dans plusieurs des dispositifs, dans lesquels on peut, si on le désire, pour plus de commodité, utiliser une seule chemise de chauffage pour chauffer deux ou plusieurs surfaces de parois chaudes et utiliser une seule chemise de refroidissement pour refroidir deux ou plusieurs surfaces de parois froides.
On a vu précédemment (fig. 19) que l'appareil peut être réalisé sous forme tubulaire.
La surface de la paroi froide est constituée, par exemple, par la surface extérieure d'un tube muni, à l'intérieur, d'un dispositif de refroidissement et la surface de la paroi chaude est constituée par la paroi intérieure d'un tube plus grand entourant le tube plus petit, ou vice versa.
Au moins l'une et, si cela est nécessaire, deux des parois peuvent être munies de dispositifs de transmission de chaleur capables de maintenir une différence de température entre les faces formant la chambre.
L'une des parois, considérée ici comme étant la paroi chaude, peut être munie (comme représenté à titre d'exemple sur les fig. 1 et 2), du côté opposé à sa face formant la chambre, d'une chemise permettant la circulation d'eau chaude, de vapeur ou d'un autre agent de chauffage.
Dans une variante, elle peut être pourvue de dispositifs de chauffage électriques ou de tous autres dispositifs de chauffage appropriés, comme représenté sur la fig. 18. Si le point d'ébullition ou la température de décomposition du liquide à soumettre à la diffusion thermique exigent que la température maximum dans la chambre soit à la température ambiante ou au-dessous de celle-ci, il suffit que la paroi chaude soit exposée à l'air ou soit soumise au refroidissement à la température maximum requise au moyen d'une chemise d'eau ou d'un dispositif analogue.
L'autre paroi, considérée ici comme étant la paroi froide, peut simplement être exposée à l'air, être munie de dispositifs de chauffage similaires à celui prévu pour la paroi chaude ou différents, ou bien être munie de dispositifs de refroidissement pour refroidir la paroi froide à une température inférieure à la température ambiante. On comprendra, bien entendu, que, si le point de congélation, la température de cristallisation et la viscosité du liquide soumis à la diffusion thermique exigent le chauffage des parois chaude et froide, la paroi chaude sera chauffée à une température supérieure à celle de la paroi froide et, inversement, si le point d'ébullition ou la stabilité de la température du liquide exigent le refroidissement des deux parois, la paroi froide sera refroidie à une température inférieure à celle de la paroi chaude.
Le ou les orifices d'admission sont, de préférence, situés et construits de manière à réduire au minimum la turbulence de la circulation du liquide entrant dans la chambre. On peut prévoir un ou plusieurs orifices d'admission dans la paroi froide, dans la paroi chaude ou dans les deux parois ou au voisinage de celles-ci, ou encore aux extrémités des parois ou entre leurs extrémités.
Dans l'un des modes de réalisation préférés qui convient lorsque la chambre est verticale, horizontale ou inclinée, on prévoit l'un des orifices d'admission ou une série d'orifices d'admission dans l'une des parois, à mi-distance entre les extrémités de celle-ci, comme représenté en 40 sur la fig. 1.
Dans un autre mode de réalisation préféré, on prévoit un orifice d'admission ou une série d'orifices d'admission à l'une des extrémités, au voisinage de l'une des parois et on prévoit un autre orifice d'admission ou une série d'autres orifices d'admission à l'autre extrémité, au voisinage de l'autre paroi.
Dans un autre mode de réalisation encore, on ne prévoit l'orifice d'admission ou la série d'orifices d'admission qu'à l'une des extrémités, au voisinage de l'une des parois. Lorsque, dans les deux derniers modes de réalisation, la chambre est verticale ou légèrement inclinée, et lorsque l'orifice ou les orifices d'admission se trouvent au voisinage de la paroi froide, l'orifice ou les orifices sont, de préférence, situés à l'extrémité supérieure ou près de l'extrémité supérieure de la chambre et l'orifice ou les orifices, s'il en existe, avoisinant la paroi chaude, sont de préférence situés à l'extrémité inférieure de la chambre, ou près de cette extrémité inférieure, pour réduire au minimum la turbulence due à la perturbation du sens de circulation thermique dans la chambre.
L'emplacement et la structure des orifices de retrait sont, de préférence, identiques à ceux des orifices d'admission. On préfère qu'au moins l'un des orifices d'admission et au moins l'un des orifices de retrait soient situés de part et d'autre de la membrane et que, en outre, n'importe lesquels des orifices de retraits situés du même côté de la membrane qu'un orifice d'admission soient toujours situés en des points éloignés de cet orifice d'admission.
Tout orifice d'admission ou de retrait donné peut comporter un élément tubulaire communiquant directement avec l'un des deux espaces compris entre la membrane et les parois constituant la chambre ou bien il peut comporter un élément tubulaire, parallèle à l'une des faces de parois, et percé d'une série d'ouvertures communiquant avec l'un des deux espaces mentionnés ci-dessus.
On peut donc utiliser plusieurs colonnes de diffusion thermique contenant une membrane.
Ceci est avantageux, en particulier lorsque les chambres sont disposées verticalement, parce que l'on peut utiliser plus économiquement l'une des chemises de chauffage ou une autre source de chaleur pour chauffer deux ou plusieurs parois chaudes et que l'on peut utiliser, de façon similaire, I'une des chemises de refroidissement pour refroidir deux ou plusieurs parois froides.
Le passage du liquide à travers une série de colonnes de diffusion thermique augmente le pouvoir de séparation du liquide pour donner les composants désirés et l'on augmente le degré de séparation que l'on peut obtenir pour des vitesses de circulation élevées.
En choisissant un mode de circulation donné, il est désirable, mais non indispensable, que le sens d'introduction du liquide à soumettre à la diffusion thermique et le sens de retrait des fractions différentes soient tels qu'ils ne gênent pas la circulation thermique du liquide dans la chambre, en particulier lors d'une faible vitesse de circulation.
Etant donné que le liquide avoisinant la paroi chaude tend à s'élever et que celui avoisinant la paroi froide tend à descendre, il est, par conséquent, avantageux, lorsque la chambre est verticale ou inclinée, d'introduire le liquide au voisinage de la paroi froide, au sommet ou au moins dans la partie supérieure de la chambre, de manière que son sens d'introduction coïncide avec celui de la circulation thermique. De même, si la chambre est verticale ou inclinée, on doit, pour obtenir des résultats optima, introduire le liquide initial se trouvant au voisinage de la paroi chaude par le fond, ou dans la partie inférieure de la chambre, de sorte qu'il tendra, au moins initialement, à circuler vers le haut ou dans le sens imposé par la circulation thermique.
I1 en est sensiblement de même en ce qui concerne les sens de retrait. On retire de préférence le liquide se trouvant entre la paroi froide et la membrane, à la partie inférieure ou près de la partie inférieure de l'espace compris entre la paroi froide et la membrane, étant donné que le liquide avoisinant la paroi froide tend à circuler dans cette direction. On retire, de préférence, le liquide se trouvant dans l'espace compris entre la paroi chaude et la membrane à la partie supérieure ou près de la partie supérieure de l'espace compris entre la paroi chaude et la membrane, en raison du sens ascendant de la circulation thermique dans cette partie de la chambre.
Ces remarques concernant le sens d'introduction et de retrait du liquide initial et des parties traitées, respectivement, sont importantes, en particulier en ce qui concerne l'efficacité maximum que l'on peut attribuer directement à la membrane située dans la chambre. On a constaté qu'il est possible, dans un certain nombre de cas, d'introduire le liquide à un taux dépassant son taux de circulation thermique dans la chambre. Ainsi, la vitesse de déplacement du liquide dans la chambre, vitesse qui résulte uniquement de la différence de température entre la paroi chaude et la paroi froide, peut être augmentée par la différence de pression entre le liquide entrant et le liquide retiré.
Le procédé selon la présente invention se différencie aussi bien des procédés de séparation basés sur l'osmose et la dialyse que des procédés de diffusion thermique gazeux et des procédés de diffusion thermique de liquides statiques. Dans le cas de l'osmose, la séparation ou la concentration d'un solutum dans un solvant dépend de la semi-perméabilité d'une membrane perméable au solvant et imperméable au solutum.
Dans le cas de la dialyse, on peut séparer un mélange d'un colloïde et d'un non-colloïde par l'action d'une membrane semi-perméable.
Contrairement à la séparation par osmose ou par dialyse, la séparation par diffusion thermique de liquide dépend de l'existence d'une différence de température dans un mince courant du liquide et de la propriété des molécules dissemblables qui s'y trouvent à passer du côté chaud au côté froid, ou vice versa, sans gêne appréciable.
L'appareil et le procédé décrits présentent un certain nombre d'avantages importants. L'un de ces avantages réside dans le fait que l'on peut accroître l'efficacité, c'est-à-dire le degré de séparation et la vitesse de séparation, de plusieurs centaines pour-cent, par rapport à celle des colonnes ne comportant pas de membrane perméable.
La raison de cet énorme accroissement du rendement n'est pas parfaitement compris, mais on pense qu'il est dû, au moins en partie, au fait que la membrane a la propriété d'empêcher les matières dissemblables, après avoir été séparées par diffusion thermique, de se mélanger de nouveau dans toute mesure appréciable, avant qu'elles ne soient retirées de la chambre, même lorsque la vitesse dé circulation du liquide est poussée au delà de la vitesse uniquement due à la différence de température à l'endroit des parois chaude et froide.
Un autre de ces avantages réside dans le fait que le degré de séparation dépend de l'étendue de la membrane plutôt que de la hauteur de la chambre et que, par conséquent, on peut construire les colonnes plus économiquement.
On a effectué un grand nombre d'essais décrits dans les exemples suivants pour déterminer l'effet exercé sur l'efficacité de la séparation lorsqu'on fait varier le mode de circulation, la différence de température, la membrane, la hauteur de la colonne et d'autres variables possibles dont on doit tenir compte lors de la mise en oeuvre du procédé.
A titre de comparaison, le liquide (que l'on désigne simplement ici sous le nom de mélange d'essai) soumis à la diffusion thermique continue dans ces essais, est un mélange en proportions égales de cétane et de méthylnaphtalène; on choisit ce liquide parce que la différence entre les indices de réfraction de deux fractions est importante, ce qui permet la mesure facile des changements de concentrations.
Tous les changements de concentration rencontrés dans ces essais sont exprimés en fonction des changements d'indice de réfraction. On mesure les valeurs d'indice de réfraction au moyen d'un réfractomètre d'Abbe, l'indice de réfraction à 200 C du méthylnaphtalène étant de 1,6081, celui du cétane étant de 1,4344 et celui du mélange en proportions égales étant de 1,5210, soit une différence totale de 0,1737 qui reste la même lorsque la mesure est effectuée à 250 C, et le degré de séparation est ex primé en tant que différence entre les indices de réfraction des deux produits.
Les courbes des fig. 16 et 17 donnent le degré de séparation, ainsi exprimé, en fonction du débit d'alimentation en litres/heure.
Exemple 1
On soumet le mélange d'essai à la diffusion thermique à des taux variables, dans deux colonnes similaires à celle représentée sur la fig.
1. Chaque colonne est constituée par deux plaques plates, lisses, en laiton, dont les surfaces opposées sont écartées l'une de l'autre environ de 1,58 mm, par deux joints de 0,79 mm d'épaisseur prévus au voisinage des bords, une membrane en papier pour duplicateur étant maintenue, par les joints et entre les joints, parallèlement aux faces opposées des parois délimitant la chambre et à mi-distance entre ces faces opposées.
Dans les deux colonnes, la largeur utile des surfaces de par alimentée de façon continue par de la vapeur saturée à 100o C et l'autre paroi est pourvue d'une chemise de refroidissement alimentée de façon continue par de l'eau de la ville à 210 C.
A titre de comparaison, on soumet également le mélange d'essai à la diffusion thermique continue, à divers taux dans la colonne de 1,520 m décrite dans l'exemple 1, munie d'un papier à écrire Strathmore (9 kg) servant de membrane, au lieu d'utiliser comme membrane un papier pour duplicateur. Le mode de circulation utilisé dans ces essais est celui représenté schématiquement sur la fig. 8. On extrait, en proportions égales, les produits de la paroi chaude et de la paroi froide. Les résultats obtenus avec la colonne carrée de 235 mm et avec la colonne de 1,520 m sont respectivement représentés par les courbes A et B de la fig. 17.
Ces courbes montrent que, au-dessus d'un taux d'alimentation d'environ 1,0 litre/heure, le degré de séparation des deux colonnes est pratiquement le même (toutes les autres conditions étant égales) et qu'il est fonction de la surface de la membrane.
Exemple 3
On soumet le mélange d'essai à la diffusion thermique continue, à divers taux, dans la colonne de 1,520 m décrite dans l'exemple 1, mais équipée d'une membrane en papier à écrire opaque Strathmore (9 kg). Dans l'une des séries d'essais, la colonne est verticale ; on introduit le mélange d'essai à mi-distance entre les extrémités de la paroi froide et l'on utilise le mode de circulation représenté sur la fig. 3.
Dans l'autre série d'essais, toutes les conditions sont les mêmes, si ce n'est que la colonne est horizontale, la paroi chaude se trouvant sur le dessus et que l'on utilise le mode de circulation représenté sur la fig. 4. On maintient les températures de la paroi chaude et de la paroi froide à 1000 C et 210 C respectivement, de la même manière que dans l'exemple 1. Les taux d'extraction du produit sont égaux à tous les orifices d'extraction.
Ces essais montrent que l'on obtient des résultats comparables avec les colonnes verticale et horizontale pourvu que dans la colonne verticale la paroi chaude se trouve sur le dessus.
Exemple 4
On répète les essais décrits dans l'exemple 3, la seule différence résidant dans le fait que l'on utilise les modes de circulation des fig. 9 et 14.
On obtient des résultats légèrement meilleurs lorsque la colonne est disposée verticalement, ce qui est apparemment dû au fait que la circulation thermique s'ajoute à la vitesse de la circulation forcée.
Exemple 5
On utilise la colonne de 1,520 m décrite dans l'exemple 1, pourvue d'une membrane en papier pour duplicateur, pour comparer les effets des modes de circulation s'effectuant dans le même sens que la circulation thermique avec les effets des modes de circulation s'effectuant à contre-courant de la circulation thermique.
On maintient les parois chaude et froide à 1000 C et 210 C respectivement, de la manière décrite.
On observe que les modes de circulation s'effectuant à contre-courant de la circulation thermique n'approchent du rendement des modes de circulation préférés que pour les taux d'alimentation les plus élevés et qu'ils sont, par conséquent, possibles lorsque l'on trouve que la séparation à faible niveau pour des taux d'alimentation élevés est satisfaisante.
Ainsi, par exemple, il y a lieu de noter qu'un mode de circulation dans lequel on introduit le mélange d'essai à la partie supérieure au voisinage de la paroi chaude et dans lequel on retire les produits de la paroi chaude et de la paroi froide, en proportions égales, à la partie inférieure de la paroi chaude et à la partie supérieure de la paroi froide, respectivement, donne de meilleurs résultats qu'un mode de circulation dans lequel on introduit la moitié du mélange d'essai à la partie inférieure, au voisinage de la paroi froide et l'autre moitié à la partie supérieure au voisinage de la paroi chaude et dans lequel on retire les produits chaud et froid comme dans l'autre mode de circulation.
Ces résultats indiquent que les modes de circulation s'effectuant dans le même sens que la circulation thermique sont bien supérieurs aux modes de circulation à contre-courant à de faibles vitesses, mais qu'à des vitesses élevées, dès que l'effet de la circulation thermique devient moins important, ces modes de circulation s'effectuant à contre-courant de la circulation thermique sont, par exemple, efficaces dans des opérations multiples dans lesquelles on répète les séparations avec des taux d'alimentation élevés.
Exemple 6
On effectue deux séries d'essais avec l'appareil carré de 235 mm de côté décrit dans l'exemple 2, la paroi chaude étant, toutefois, maintenue à une température de 1600 C au lieu de 1000 C. Dans l'une des séries d'essais, on utilise le mode de circulation représenté sur la fig.
11, et dans l'autre on utilise le mode de circulation de la fig. 12.
L'examen des résultats révèle que ces deux modes de circulation sont comparables.
Exemple 7
On effectue deux séries d'essais avec l'appareil carré de 235 mm de côté décrit dans l'exemple 2, la paroi chaude étant, toutefois, maintenue à une température de 1600 C au lieu de 1000 C. Dans l'une des séries d'essais, on utilise le mode de circulation représenté sur la fig. 8 et, dans l'autre, on utilise le mode de circulation de la fig. 10.
L'examen des résultats révèle que ces modes sont comparables.
Exemple 8
On effectue une série d'essais dans l'appareil carré de 235 mm de côté décrit dans l'exemple 2. La membrane est une membrane en acier inoxydable ayant une épaisseur de 1,77 mm et une dimension moyenne de pore d'environ 5 microns. L'épaisseur combinée des deux joints maintenant la membrane à mi-distance entre la paroi chaude et la paroi froide est, dans chaque cas, de 0,939 mm. La distance entre la paroi chaude et la paroi froide est, par conséquent, de 2,717 mm. On maintient la paroi chaude à 129,50 C et la paroi froide à 490 C. On utilise le mode de circulation représenté sur la fig. 8.
Exemple 9
On soumet à la diffusion thermique, à divers taux, dans la colonne de 1,520 m décrite dans l'exemple 1, une huile pétrolière de graissage ayant une viscosité de 333 SSU à 37,50 C et un n20 de 1,5025. Dans l'un des essais, la colonne est équipée d'une membrane en papier pour duplicateur et l'on utilise le mode de circulation représenté sur la fig. 8, les taux d'extraction étant égaux. On effectue un autre essai, à titre de comparaison, dans la même colonne, la membrane étant enlevée, l'huile initiale étant introduite en un point situé à mi-distance entre les deux extrémités et les produits étant extraits à la partie supérieure et à la partie inférieure en proportions égales.
Dans les deux essais, la colonne est verticale, la paroi chaude est chauffée par de la vapeur, à la pression atmosphérique, la paroi froide est refroidie avec de l'eau de la ville à 210 C et le liquide circule de force dans l'appareil grâce à un réservoir fonctionnant par gravité situé approximativement à 1,520 m audessus de la partie supérieure de la colonne.
Les résultats de ces essais confirment les résultats remarquablement supérieurs que l'on peut obtenir avec une colonne comportant une membrane comparativement à une colonne n'en comportant pas.
Exemple 10
On soumet à la diffusion thermique, à des taux variables, dans la colonne de 1,520 m décrite dans l'exemple 1, équipée d'une membrane en papier calque, un mélange azéotropique d'alcool benzylique et d'éthylène-glycol, préparé en mélangeant 56 parties en poids d'alcool benzylique avec 44 parties en poids d'éthylène-glycol, en distillant le mélange à la pression atmosphérique et en ne recueillant que le distillat obtenu à une température d'ébullition constante. Les conditions sont identiques à celles décrites dans l'exemple 9.
Ces résultats, et les résultats similaires obtenus avec le mélange d'essai des exemples 1 à 8 et l'huile de l'exemple 9, montrent que le procédé et l'appareil décrits sont extrêmement utiles pour la séparation de tous type de matières, même de matières difficilement séparables telles que l'alcool benzylique et l'éthylèneglycol dans un mélange azéotropique.
Il est évident d'après les résultats obtenus avec circulation horizontale et verticale que l'on peut obtenir des résultats similaires lorsque la chambre se trouve dans une position inclinée pourvu que la paroi froide ne soit pas au-dessus de la paroi chaude.