CH408870A - Colonne pour le traitement de deux phases liquides - Google Patents

Description

  
 



  Colonne pour le traitement de deux phases liquides
 La présente invention a pour objet une colonne pour le traitement de deux phases liquides non ou partiellement miscibles comprenant un corps de colonne, des moyens pour provoquer dans le corps de colonne un écoulement continu d'une desdites phases et un écoulement dispersé de l'autre phase et des moyens pour superposer un mouvement pulsant à l'écoulement continu de la première phase.



   On est amené, dans les colonnes de traitement liquide-liquide entre deux phases non ou partiellement miscibles à réaliser des transferts de chaleur, de masse et même des réactions chimiques, ces opérations pouvant, dans certains cas, entraîner une modification de la nature de la phase liquide dispersée, par exemple par gazéification ou solidification avec changement du poids moléculaire.



   On cherche, dans ces traitements, à réaliser un contact aussi efficace que possible entre les deux phases liquides.



   Des études faites par la titulaire ont montré que   l'on    pouvait agir favorablement sur le transfert de masse ou de chaleur ou même des réactions chimiques dans les colonnes pulsées sans garnissage en opérant dans certaines conditions de fréquence et d'amplitude.



   En effet, il est apparu, d'une part, que, si   l'on    pulse la phase continue à la fréquence propre des gouttes de phase dispersée, celles-ci seront le siège d'importantes oscillations de forme et que les transferts ou réactions seront ainsi notablement accrus.



  Par exemple, pour des gouttes du diamètre habituel (de l'ordre de 1 mm) la fréquence propre se situe généralement dans la gamme de 25 à 75 hertz. Cette fréquence de résonance augmente quand le diamètre des gouttes diminue.



   D'autre part, on a constaté dans ces conditions de fréquence que si   l'on    augmente l'amplitude pulsatoire les oscillations de forme des gouttes se   main    tiennent ou s'accentuent et qu'en outre cette augmentation d'amplitude provoque l'inversion de vitesse relative gouttes-phase continue pendant une certaine partie de la période   pulsatoire.    Dans ces conditions, on superpose au mouvement de chute ou de montée des gouttes dans la phase continue un mouvement périodique de va-et-vient de cette phase le long de la surface des gouttes, et les transferts ou réactions sont alors augmentés.



   La valeur de l'amplitude oscillatoire maximale que peuvent supporter les gouttes sans se briser est fonction inverse de leur diamètre.



   Ainsi, dans une colonne pulsée où   l'on    voudra réaliser ces deux phénomènes favorables à un transfert de masse, par exemple l'oscillation de forme des gouttes et l'inversion de leur vitesse relative par rapport à la phase continue, il faudra opérer sous une fréquence de pulsation déterminée et avec une amplitude maxima, les valeurs de ces deux facteurs étant fonction du diamètre des gouttes.



     I1    en résulte que le rendement maximum de la colonne sera obtenu avec une phase dispersée de gouttes de diamètre uniforme et réalisé par exemple en introduisant la phase dispersée dans la colonne sous la forme de gouttes homogènes de façon à pouvoir régler la fréquence et l'amplitude pour un diamètre de gouttes bien précis.



   Cette homogénéité des dimensions de gouttes favorable au traitement uniforme de la phase dispersée, permet en outre de travailler au voisinage du  débit maximum de la colonne. En effet, dans une granulométrie hétérogène, le débit maximum est limité par l'engorgement des plus petites gouttes.



   Les essais effectués ont montré, dans les colonnes pulsées à pulvérisation, que ces conditions pour l'obtention d'un transfert maximum ne pouvaient être obtenues que si   l'on    prenait un certain nombre de précautions, d'une part pour éviter que le jet de liquide à disperser ne se pulvérise avec hétérogénéité importante des gouttes, d'autre part pour éviter la cavitation à l'intérieur de la colonne.



   L'invention vise la réalisation d'une colonne de traitement qui présente les conditions requises pour l'obtention d'un rendement maximum.



   Pour cela, la colonne selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est agencée de façon que la quantité de liquide contenu dans le corps de colonne reste constante au cours de la pulsation quelle que soit l'amplitude de celle-ci.



   Une forme de réalisation de la colonne selon l'invention sera maintenant décrite en référence à la figure schématique annexée.



   La colonne d'extraction est représentée en 1, avec l'entrée de la phase continue en 2, laquelle est évacuée en 3, l'entrée de la phase dispersée se faisant en 4, au moyen d'un injecteur 5 comportant plusieurs buses.



   La phase dispersée est évacuée en 6.



   La colonne comporte un vibrateur 7, surmonté d'un soufflet 8, de sorte que ses vibrations sont transmises à la phase continue.



   La colonne est munie d'un deuxième soufflet 9 disposé à la partie supérieure de la colonne 1 qui assure la fermeture de la colonne, tout en suivant le mouvement de vibration.



   La colonne est complètement remplie de liquide et comporte une interface 13 entre la phase continue et la phase dispersée, cette interface se plaçant immédiatement au-dessous de l'entrée 2 de la phase continue. La colonne est maintenue sous une pression de 1 kg environ.



   La phase à disperser est alimentée au moyen d'un réservoir 10 sous une pression de 2   kg/cm9,    et   l'on    trouve en 11, sur la conduite d'admission 4 en amont de l'injecteur 5 une vanne à coefficient de perte de charge élevé créant une perte de charge variable de   facon    à assurer un débit d'admission convenable de la phase légère tout en ayant, à l'amont de la vanne, une pression suffisante pour donner au jet une certaine rigidité et pour écarter toute possibilité de rentrée de la phase continue dans la buse.



   La section de la colonne au droit de l'injecteur 5 a été augmentée pour tenir compte de l'obstruction due à la présence de l'injecteur, et ne pas augmenter de ce fait l'amplitude de la pulsation au droit de l'émission, qui sans cette précaution serait perturbée.



   L'installation décrite permet de produire des gouttes homogènes dont le volume est le quotient du débit qui traverse chaque orifice de l'injecteur par la fréquence vibratoire.



   On peut donc, par un choix judicieux de la fréquence, du débit de la phase à disperser et du nombre d'orifices de l'injecteur, régler un fonctionnement de la colonne de façon à vibrer à la fréquence de résonance des gouttes (dont l'uniformité est assurée) et dont on a la possibilité de choisir le diamètre, ceci en vue de produire d'importantes oscillations de forme des gouttes pour accroître le transfert de masse.



   On donnera ci-après, à titre d'exemple, les résultats obtenus au cours d'un essai effectué sur la colonne décrite, avec un transfert eau-alcool isobutylique.



   La phase continue est constituée par de l'eau introduite avec un débit de 10 I/h en 2 et évacuée en 3, la phase à disperser étant constituée par de l'isobutanol (alcool isobutylique) introduit en 4 avec un débit de 2   l/h    et évacué en 6, la colonne étant à une pression de 1   kg/cm2,    le bac d'alimentation 10 de l'isobutanol étant à une pression de 2 kg/cm2, le robinet   1 1    étant réglé de façon à ce que l'introduction de l'isobutanol en 4 dans la colonne se fasse sous une pression légèrement supérieure à 1 kg/cm2.



   L'injecteur 5 est constitué par 26 buses de 1 mm de diamètre donnant, avec une pulsation du vibrateur 7 de 34 hertz sous une amplitude de 2,5 mm, des gouttes homogènes de 1 mm de diamètre, la hauteur d'unité de transfert étant, dans ce cas, de 25 cm.



   En variante, on pourrait placer l'injecteur dans le haut de la colonne, et disperser la phase lourde dont les gouttes auraient un mouvement descendant dans la phase légère, qui serait introduite dans la partie inférieure de la colonne, sans dispersion.



   On pourrait également disperser les deux phases, en introduisant la phase lourde à travers un injecteur disposé dans le haut de la colonne, et la phase légère dans un injecteur disposé dans le bas de la colonne, la partie inférieure de la colonne étant remplie de phase lourde, la partie supérieure de la colonne étant remplie de phase légère avec une interface située sensiblement à mi-hauteur de la colonne.



   Dans la colonne décrite, la granulométrie homogène est obtenue en conférant au jet une forte rigidité empêchant son rabattement sur l'injecteur à la pulsation descendante de la phase continue, écartant ainsi toute possibilité de rentrée de phase continue dans l'injecteur, ces deux phénomènes étant à la base d'une dispersion hétérogène. Cette rigidité est obtenue en disposant à l'amont de l'injecteur une perte de charge maintenant une surpression élevée à l'amont.



   Comme par ailleurs l'obtention du diamètre des gouttes et de la fréquence de pulsation correspondante prédéterminée nécessite un débit très précis, il est nécessaire de disposer d'un organe de réglage du débit d'alimentation en phase dispersée. Cet organe, la vanne, pourra être disposé à l'aval ou à l'amont de ladite perte de charge ou même confondu avec elle, la vanne de réglage étant dans ce dernier cas  choisie avec un coefficient de perte de charge élevé.



   Grâce au fait que la colonne est fermée à sa partie supérieure par un organe élastique, par exemple une membrane ou un soufflet, qui suit le mouvement de la pulsation, elle peut fonctionner sous l'amplitude de vibration maximale correspondant au diamètre des gouttes.



   La colonne est fermée sous une pression minimale correspondant au seuil de cavitation pour les conditions dynamiques de la pulsation, la cavitation entraînant un fonctionnement anormal de la colonne.



   L'installation de colonne pulsée à pulvérisation décrite ci-dessus permet de former des gouttes homogènes, de diamètre déterminé, et de vibrer à la fréquence propre des gouttes et à amplitude élevée, de sorte que l'ensemble des conditions nécessaires à un transfert maximum se trouve réalisé.



   Par ailleurs, la fréquence de vibration pouvant être limitée par exemple par la nature du liquide, la pression, la température ou la cavitation, on peut avantageusement prévoir, en combinaison avec la vibration de la phase continue, la vibration de la phase dispersée au moyen par exemple d'un organe de vibration disposé sur la conduite d'alimentation de la phase dispersée.



   La fréquence de cette vibration devra être très élevée, par exemple de l'ordre de cinq à dix fois la valeur de la fréquence de vibration de la phase continue.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Colonne pour le traitement de deux phases liquides non ou partiellemnet miscibles comprenant un corps de colonne, des moyens pour provoquer dans le corps de colonne un écoulement continu d'une desdites phases et un écoulement dispersé de l'autre phase et des moyens pour superposer un mouvement pulsant à l'écoulement continu de la première phase, caractérisée en ce que la colonne est agencée de façon que la quantité de liquide contenu dans le corps de colonne reste constante au cours de la pulsation quelle que soit l'amplitude de celle-ci.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Colonne selon la revendication, comprenant un ajutage d'entrée de la phase dispersée dans la colonne, caractérisée en ce que la tubulure d'amenée de la phase dispersée à l'ajutage comprend une perte de charge maintenant une surpression élevée à l'amont.

   2. Colonne selon la sous-revendication 1, caractérisée en ce que ladite tubulure d'admission comprend également une vanne de réglage du débit d'alimentation de la phase dispersée.

   3. Colonne selon la sous-revendication 2, caractérisée en ce que la vanne et la perte de charge sont combinées en un même organe.

   4. Colonne selon la revendication, caractérisée en ce que le corps de colonne comprend un organe tubulaire rigide et à son extrémité opposée à celle par laquelle les pulsations sont transmises à la première phase, un élément de fermeture relié à l'organe tubulaire par un organe élastique déformable.

   5. Colonne selon la sous-revendication 4, caractérisée en ce que ledit élément de fermeture est relié à l'organe tubulaire par une membrane élastique et porte une tubulure d'évacuation de la phase dispersée après son traitement en présence de la phase continue.