Procédé et appareil pour l'obtention d'un contact continu à contre-courant entre des particules solides et un liquide
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour l'obtention d'un contact continu à contre-courant entre des particules solides et un liquide.
Divers moyens ont été employés pour amener des particules solides et des liquides en contact efficace.
La titulaire a récemment utilisé le principe d'obtention d'un lit non turbulent de solides par fluidification avec un courant de liquide pulsé pour obtenir un contact à contre-courant entre un lit mobile de particules adsorbantes et un liquide. Deux appareils inventés par la demanderesse dans ce but ont été décrits dans 1' Australian Journal of Applied
Science , volume 4, numéro 2, pages 316-328, 1953.
Toutefois, l'obtention d'un contact continu à contre-courant entre des particules solides et un liquide, à l'aide de ces appareils, rencontre encore diverses difficultés, auxquelles la présente invention vise à remédier.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on alimente en particules solides une partie extrême d'un appareil de mise en contact, en ce qu'on alimente en liquide à contre-courant par rapport aux solides, la partie extrême opposée de cet appareil de mise en contact, en ce qu'on fait passer le solide le long d'une série de plateaux perforés agencés sensiblement au même niveau ou décalés l'un par rapport à l'autre, en ce qu'on exerce des pulsations sur le liquide de manière qu'à chaque pulsation il passe et revienne à travers les ouvertures des plateaux et produise ainsi de façon intermittente des lits totalement ou partiellement fluidifiés de particules solides au voisinage des plateaux, en ce qu'on évacue les particules de l'appareil, après le contact à contre-courant avec le liquide,
et en ce qu'on évacue le liquide qui a passé à contre-courant par rapport aux solides, à travers l'appareil de contact.
L'appareil pour la mise en ouvre de ce procédé est caractérisé par une série de compartiments inférieurs pour contenir du liquide; une série du même nombre de compartiments supérieurs, séparés des compartiments inférieurs par un compartiment in termédiaire commun aux et communiquant avec lesdits compartiments supérieurs et inférieurs ; des cribles capables de retenir les particules solides à mettre en contact avec le liquide, et disposés entre ce compartiment intermédiaire commun, d'une part, et la série de compartiments supérieurs ou la série de compartiments inférieurs, d'autre part; des moyens pour alimenter en liquide un compartiment extrême; des moyens pour évacuer le liquide en un ou plusieurs points éloignés de ce compartiment extrême;
des moyens pour alimenter en particules solides le compartiment intermédiaire commun susdit, à l'extrémité écartée du compartiment d'extrémité ci-avant; des moyens pour évacuer des particules solides en un ou plusieurs points éloignés de l'extrémité à laquelle les particules solides sont introduites; et des moyens pour pulser le liquide dans les compartiments inférieurs, de manière qu'il soit ùniformément réparti à travers les cribles précités, chacun des compartiments supérieurs étant superposé à un compartiment inférieur correspondant, de manière à coïncider exactement ou approximativement avec celui-ci.
Grâce à l'invention, les particules solides peuvent être mises en contact de façon efficace et uniforme, à contre-courant, avec un liquide, à une vitesse qui peut être réglée indépendamment de la vitesse de circulation globale du liquide dans l'ensemble de l'appareil et indépendamment de la vitesse de sédimentation des particules.
En outre, l'appareil convient pour une opération à grande échelle et peut être construit, par exemple, par une simple modification d'une installation habituelle pour le traitement mécanique des minerais.
L'invention permet l'addition ou l'enlèvement de liquide ou de solides, de façon simple et convenable, en autant de points de l'appareil qu'on le désire et celui-ci est tel que le lit de particules est facilement accessible pour des raisons d'inspection, de nettoyage ou autres.
L'appareil n'est pas susceptible de s'obstruer par suite de la présence d'une matière en suspension, colloïdale ou finement divisée, dans la phase liquide, ce qui permet le contact à contre-courant de particules granulaires d'un solide, avec une boue d'autres solides finement divisés en suspension dans un liquide.
Dans une forme d'exécution du procédé, dans lequel la mise en contact s'effectue entre des particules solides ayant une densité supérieure à celle du liquide avec lequel ces particules doivent être mises en contact, on alimente en particules solides un compartiment extrême d'un appareil de mise en contact pourvu d'une série de compartiments de contact formés par une succession de plateaux perforés horizontaux ou légèrement en pente, comportant chacun une ou plusieurs chicanes transversales destinées à séparer partiellement les compartiments de contact adjacents et qui s'étendent vers le haut dans un compartiment de contact pour réaliser un trop-plein qui règle le niveau des solides dans ce compartiment de contact; on alimente en liquide un compartiment situé à l'autre extrémité de l'appareil;
on fait pulser le liquide dans chaque compartiment de manière que le lit de particules reposant sur chaque plaque perforée soit totalement ou partiellement fluidifié lors de la pulsation vers le haut et soit totalement ou partiellement déposé lors de la pulsation vers le bas, et de manière que le déplacement des particules à chaque pulsation soit ainsi restreint à une amplitude limitée, suivant la grandeur de la pulsation; on fait circuler les particules successivement de compartiment de contact à compartiment de contact, à une vitesse égale à celle à laquelle les particules sont introduites dans l'appareil, cette vitesse étant inférieure à la vitesse maximum à laquelle les particules peuvent circuler librement par-dessus le trop-plein dans chaque compartiment de contact; on évacue les particules d'un ou plusieurs compartiments de contact;
on utilise des moyens pour séparer totalement ou partiellement la zone de liquide libre dans un compartiment de contact adjacent, et des moyens pour transférer le liquide successivement d'un compartiment au compartiment voisin; et on évacue le liquide qui a passé à travers l'appareil de contact à contre-courant par rapport aux solides. Pour augmenter le rendement de l'appareil, des chicanes transversales peuvent être prévues dans le compartiment intermédiaire pour régler la circulation du liquide et des solides dans ce compartiment.
Le terme liquide i > est utilisé ici pour désigner non seulement un liquide clair mais également une suspension de particules solides suffisamment fines pour passer librement à travers les trous des cribles.
L'expression cribles perforés ou cribles est destinée à inclure les plateaux perforés ou les toiles métalliques.
Une forme de réalisation de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est représentée dans le dessin annexé.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de l'appareil.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale de l'appareil, suivant le plan 2-2 de la fig. 1.
Un long récipient rectangulaire 1 ouvert au sommet est divisé horizontalement par un crible 2 présentant des ouvertures plus petites que les particules solides à mettre en contact avec le liquide.
En dessous du crible 2, le récipient est subdivisé par des cloisons transversales 3 pour former une série de compartiments inférieurs 4 fermés chacun à leur base par un diaphragme 5 qui peut être animé d'un mouvement alternatif, par exemple, grâce aux excentriques 6.
Au-dessus du crible 2, le récipient est subdivisé par des cloisons verticales transversales 7 qui s'étendent vers le haut depuis le niveau du crible 2. Des cloisons correspondantes 8 s'étendent depuis le haut du récipient en direction du crible 2, en dépassant le sommet des cloisons 7 mais en étant espacées de celles-ci dans le sens longitudinal, tout ce système divisant le récipient, au-dessus du crible, en une série de compartiments supérieurs qui communiquent entre eux par des labyrinthes. Les compartiments supérieurs et les compartiments inférieurs coïncident à peu près les uns avec les autres pour former une série de cellules.
Un lit des particules solides 9 est retenu dans chaque compartiment supérieur, au-dessus du crible 2 et en immersion dans le liquide 10, par des cloisons transversales 7, en laissant une zone de liquide clair 1 0a au-dessus du lit dans chaque cellule. Des conduits de trop-plein 12 présentant des orifices d'entrée 13, constituent des passages en vue d'une communication liquide entre le compartiment supé rieur d'une cellule et le compartiment inférieur de la cellule suivante, le liquide passant dans chaque cas par des soupapes de retenue 15.
Le liquide 10 est pulsé vers le haut et vers le bas à travers le lit par le diaphragme 5 de chaque cellule. Du liquide frais est introduit à la base de la première cellule A par une conduite d'admission 16, et une quantité correspondante de liquide est pompée de la zone surnageante de chaque cellule pour être envoyée à la base de la cellule suivante par les conduits de trop-plein 12, le liquide provenant de la cellule finale E débordant dans le conduit de trop-plein de sortie 12a.
Du fait des pulsations, et du courant liquide ascendant à travers chaque lit, chaque lit de particules solides est maintenu dans un état de turbulence et se déplacera sensiblement de la même manière qu'une couche de liquide visqueux lourd.
C'est ainsi que, lorsque des solides frais sont amenés à la cellule E de l'appareil par une trémie 17, une quantité correspondante de solides déborde à chaque cloison transversale 7, descend dans le labyrinthe, et sous les cloisons 8 dans la cellule suivante. Les solides venant de la première cellule A déborderont à la dernière cloison transversale et tomberont dans un puisard 18 d'où ils sont emmenés, vers le haut, par un élévateur 19 ou autre moyen approprié.
Les solides sont alors déchargés sur un crible, d'où le liquide véhiculeur et tout liquide complémentaire sont recyclés au puisard. Les cloisons verticales 7 sont de hauteurs progressivement réduites depuis l'extrémité d'entrée des solides de l'appareil jusqu'à l'extrémité de sortie, pour permettre la circulation des solides.
Le transfert de liquide d'une cellule à la suivante est réalisé sous l'action des diaphragmes donnant les pulsations. A cause de la présence des soupapes de retenue 15 dans les conduits de trop-plein 12, une petite hauteur d'aspiration se développe dans chaque conduit, du fait de l'action imparfaite de soupape à boulet du lit des particules solides.
Dans une variante d'agencement, un réglage efficace du transfert de liquide entre les cellules est obtenu en utilisant une simple pompe élévatoire ou autre pompe volumétrique réglable pour chaque transfert. Ensuite, en pompant un léger excès par rapport au taux global de circulation de liquide, la circulation de solides à travers le labyrinthe entre les cellules est aidée par une petite circulation de liquide de recyclage.
Si on désire une augmentation de la durée de contact avec le liquide dans une cellule quelconque, tout en entretenant un taux minimum de circulation ascendante, une proportion du liquide peut alors être recyclée par la même cellule.
Un certain nombre de moyens bien connus autres qu'un diaphragme peuvent être utilisés pour pulser le liquide, par exemple des mécanismes à soupapes qui, périodiquement, coupent la circulation du liquide, ou encore des pistons.
La circulation de liquide à travers les labyrinthes peut être avantageusement réduite en maintenant un lit bourré de façon plus dense dans ces régions. Ceci est atteint en réduisant le nombre d'ouvertures du crible dans ces régions. Un certain nombre de chicanes auxiliaires peuvent être placées dans le lit de manière à forcer les particules à passer alternativement au-dessus et sous les chicanes, en empechant ainsi toutes particules de traverser rapidement le haut du lit. Il est avantageux qu'une chicane formant trop-plein ou barrage soit placée près de chacune des chicanes verticales principales qui séparent les compartiments supérieurs.
Dans oertains cas, il peut être avantageux d'utiliser un crible continu en pente ou un certain nombre de cribles agencés en cascade.
La vitesse de circulation maximum du liquide à travers les étages est limitée à une valeur juste inférieure à celle à laquelle le lit de solides devient complètement fluidifié et est rejeté par-dessus les troppleins. Normalement, il est désirable de travailler bien en dessous de cette valeur, dans une gamme de vitesses qui donnent un lit non turbulent - semi- fluidifié. La vitesse maximum de circulation peut être accrue cependant en plaçant un crible supérieur un peu au-dessus du niveau supérieur minimum du lit, les mailles de ce crible étant telles que ce dernier retienne le lit de particules.
Si on doit mettre en contact des solides plus légers que le liquide, on peut prévoir, au lieu d'un crible inférieur, un crible supérieur en dessous duquel le lit se trouve. Dans ce cas, les parois des compartiments inférieurs servent de cloisons pour séparer le liquide de chaque étage. On peut également utiliser deux cribles, l'un supérieur, l'autre inférieur.
Le niveau du lit de solides est le plus simplement réglé par un trop-plein, mais on peut utiliser d'autres moyens, tels que l'addition et l'enlèvement mécaniques des particules solides exactement à la même vitesse, ce qui permet ainsi la rétention, dans l'appareil, d'une quantité de solides, déterminée à l'avance.
I1 est possible également de mettre en contact, à contre-courant, un liquide avec un mélange de particules solides de densités différentes mais ayant à peu près les mêmes dimensions. Dans ce cas, le lit se séparera en couches de solides différents, qui peuvent être enlevés séparément à des niveaux différents.
On se rend compte, d'après la description précédente, que l'appareil peut être construit en partant d'un crible à grille fixe standard à étages multiples du type utilisé pour le traitement mécanique des minerais, et ce en ajoutant les chicanes, caniveaux, pompes inter-étages, tuyauteries et accessoires nécessaires. I1 est ainsi possible de construire un appareil efficace par la simple modification d'une machine bien connue, normalement destinée à être utilisée dans un but tout à fait différent et fonctionnant également d'une manière totalement différente.
Dans un exemple pratique, on a fait passer 90 litres par heure d'une eau contenant 1 % o de bicarbonate de calcium, à travers un appareil de laboratoire du type représenté aux dessins. Cet appareil comprenait quatre compartiments ayant chacun une surface de crible carrée de 10 cm de côté et contenant chacun un lit profond de 7 1/2 cm de perles de résine en polystyrène sulfoné et d'une dimension se rangeant entre 8 et 14 mailles par cm.
Les cribles comprenaient 20 mailles par cm en fils du métal marque Monel . Des pulsations de 12 mm d'amplitude furent appliquées à la cadence de 100 par minute. L'effluent liquide était sensiblement exempt de calcium. La résine pénétrait dans l'appareil sensiblement sous la forme sodium et le quittait sensiblement sous la forme calcium à un taux de 600 gr. par heure et était envoyée à travers une seconde unité où elle était régénérée à la forme sodium par une circulation à contre-courant d'une saumure de chlorure de sodium. La résine était ensuite libérée de la saumure par lavage et renvoyée à l'appareil initial de contact.