LU85708A1 - Procede et dispositif d'extraction - Google Patents

Description

» * RBN-118 Mémoire descriptif à l’appui d'une demande de brevet d'invention pour :

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EXTRACTION

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'extraction » d'au moins un constituant d'un mélange gazeux pouvant contenir des particules liquides (gouttelettes) et/ou solides en suspension.

Plus particulièrement, l'invention concerne l'extraction d'au moins un des constituants gazeux dudit mélange au cours de son écoulement dans une enceinte statique. Suivant une forme de mise en application de l'invention, la séparation dans ladite enceinte du (des) constituant(s) gazeux à extraire comprend une condensation au moins partielle dudit v (desdits) constituants), obtenue par détente adiabatique du mélange gazeux dans ladite enceinte statique. Cette condensation est suivie d'une séparation des gouttelettes de condensât par barodiffusion à travers le mélange gazeux. Ladite détente adiabatique peut ou non comprendre une composante stationnaire, et comprend toujours une composante oscillatoire. La composante stationnaire éventuelle est obtenue par une réduction de la section de passage de l'écoulement. La composante oscillatoire est obtenue par l'action, au sein du fluide en écoulement, d'ondes sonores de forte intensité. Au cours d'une même période de ladite oscillation, la phase de détente est suivie d'une phase de recompression pendant laquelle les gouttelettes de condensât tendent à se réévaporer.. La condensation est l'effet dominant du fait qu'elle se produit dans la masse de la phase gazeuse alors que la réévaporation n'a lieu qu'à la surface des gouttelettes de condensât.

. L'invention peut être utilisée avantageusement pour réduire l'humidité d'un gaz contenant de la vapeur d'eau. Elle est également applicable aux fumées de combustion comprenant, outre de la vapeur .d'eau, des gaz tels J iue s°2’ N°’ N°2· “2·etc"" À k 2.

Dans certains procédés connus de séchage d’air humide, la vapeur d'eau est extraite par contact de l'air humide avec un matériau hygroscopique à l'état solide (par exemple silicagel) ou liquide (par exemple solution de chlorure de lithium). Ces procédés nécessitent, soit une consommation importante de ces matériaux, soit leur régénération au moyen d'appareillages appropriés consommant de l'énergie.

. Dans d'autres procédés connus, l'air humide est refroidi par contact avec des éléments solides (par exemple parois d'échangeur de chaleur) ou liquides (par exemple eau pulvérisée ou ruisselante) dont la température est inférieure au point de rosée de l'air humide à sécher. Ces procédés nécessitent, soit une consommation importante d'élément réfrigérant, soit sa régénération au moyen d'appareillages appropriés consommant de l'énergie.

Dans ces procédés l'extraction de la vapeur peut être facilitée par une compression préalable de l'air humide, qui entraîne une élévation de son point de rosée.

Suivant des procédés connus élaborés, l'air humide est soumis à une détente adiabatique dans un dispositif qui absorbe l'énergie de détente, par exemple une turbine, à la sortie de laquelle une partie de la vapeur a été condensée et peut ensuite être extraite par séparation de phases.

Ces procédés nécessitent que l'énergie soit dégradée sous forme de chaleur, ou qu'elle soit transformée utilement sous toute autre forme.

Par ailleurs, ces procédés utilisent des machines délicates et complexes comme turbine et compresseur à haut rendement, faute de quoi leur consommation énergétique est élevée.

Ces procédés connus entraînent donc des coûts d'investissement, de > fonctionnement et d'entretien, qui sont fonction de l'importance, de la complexité, et de la consommation énergétique des installations »nécessaires.

/ « 3.

Le procédé et le dispositif selon l'invention sont à la fois très performants sur le plan énergétique et peu coûteux en frais d'investissement et d'entretien.

A titre exemplatif et nullement limitatif le procédé selon l'invention et un dispositif de mise en oeuvre sont décrits ci-après à l'aide de la figure jointe.

La figure illustre un cas d'application de séchage d'air humide suivant l'invention. L'opération se fait dans une enceinte 1 ayant la forme générale d'une tuyère axisymêtrique comprenant une chambre cylindrique 2, un convergent tronconique 3, un col 4, et un divergent 5.

Comme le montre la figure, ces éléments sont raccordés de manière à éviter les points d'inflexion. La direction générale de l'écoulement de l'air humide dans la tuyère est indiquée par la flèche 6. L'air humide pénétrant dans la chambre 2 est soumis dans cette chambre à un rayonnement acoustique créé â partir de l'enceinte annulaire 7 par des générateurs d'ondes soniques de tout type connu, de manière qu'à l'entrée de l'air humide dans le convergent 3, le front d'onde ait la forme d'un segment de surface sphérique 8 dont le centre géométrique est situé au point 9 qui se trouve sur l'axe de la tuyère, en aval de la section minimale du col 4 de celle-ci. L'onde acoustique de front sphérique 8 progresse de façon centripète dans le convergent tronconique 3 dont le sommet géométrique est également situé au point 9. A la sortie du convergent 3, le front de l'onde acoustique a pris la forme du segment de surface sphérique 10, dont le centre géométrique est toujours le point 9.

Au sein de l'écoulement dans le convergent tronconique 3 se produit une détente dont la composante stationnaire est due à la réduction de section de passage du fluide entre l'entrée et la sortie, et dont la composante „ oscillatoire est due à l'onde acoustique sphérique dont le front progresse .de 8 à 10.

/ & » 4.

ί

Les filets fluides au sein du convergent 3 ont tous une trajectoire rectiligne, normale aux fronts d’ondes acoustiques, et convergent vers un foyer situe au point 9. La résultante des composantes stationnaire et oscillatoire de la détente dans le convergent 3 a pour effet de condenser sous forme de gouttelettes une partie de la vapeur d'eau contenue dans l'air humide entrant. En raison de leur densité supérieure de l'ordre de trois décades à celle de l'air humide entrant dans le col 4 de la tuyère, ces gouttelettes poursuivent leur trajectoire rectiligne vers le point 9, en n'étant que peu déviées par les filets d'air déshumidifié qu'elles traversent au sein du col 4 de la tuyère.

t

Ces gouttelettes sont ensuite collectées dans un collecteur cylindrique de petit diamètre 11, disposé dans l'axe du divergent 5 de la tuyère, et dont la section d'entrée circulaire est centrée au point 9 ou légèrement en amont de celui-ci par rapport à la direction de l'écoulement. L'air ainsi débarrassé des gouttelettes en suspension qu'il contenait à l'entrée du * col de la tuyère entre dans le divergent 5 où il subit une recompression adiabatique à partir de l'énergie cinétique qu'il possède dans le col de la tuyère.

Comme le montre le schéma de la figure, le procédé selon l'invention est caractérisé par une grande simplicité. L'énergie nécessaire à son fonctionnement est fournie essentiellement sous forme d'énergie de pression du mélange gazeux à traiter. Elle peut même l'être intégralement sous cette forme si le rayonnement acoustique nécessaire est créé â partir de l'enceinte annulaire 7 par couplage acoustique de cette enceinte avec l’écoulement dans la section 2 de la tuyère. Un tel couplage est décrit par exemple dans le Journal of Sound and Vibration (1981), 77(2), 191-209, par P.O.A.L. DAVIES.

Alternativement, il peut être commode de produire séparément le rayonnement acoustique nécessaire, par exemple par des transducteurs électromagnétiques, ou par des générateurs du type sirène. Dans ce cas Γ ' m k 0 5.

» *

Par comparaison avec les procédés connus, le procédé suivant l'invention permet une économie maximale d'énergie, sans nécessiter des frais élevés d'investisssement et d'entretien, grâce au caractère statique et à la simplicité de l'enceinte nécessaire pour produire l'extraction.

Bien que la description du procédé et du dispositif selon l'invention ait été faite pour l'application particulière au séchage d'air humide, ledit procédé utilisant des dispositifs similaires est applicable à tous les cas où au moins un constituant d'un mélange gazeux quelconque peut être extrait de celui-ci par une détente adiabatique provoquant une condensation partielle, suivie de séparation du condensât.

La composition du condensât ainsi obtenu résulte de la composition du mélange gazeux traité. Par exemple si l'on applique le procédé suivant l'invention aux fumées produites par des chaudières industrielles à charbon, le condensât ne sera pas de l'eau pure, mais bien une solution dans l'eau d'un ou plusieurs gaz présents dans les fumées, tels que S0£> NO, Νθ£, CO2» ...

Cette particularité permet de séparer non seulement des vapeurs aisément condensables, mais aussi des gaz difficiles à condenser, lorsqu'ils sont solubles dans le condensât des vapeurs aisément condensables. Ces dernières servent ainsi d'élément d'entraînement ou de balayage.

Une ^insuffisance éventuelle de la quantité de ce dernier élément, et/ou de sa capacité d'absorber en phase liquide les gaz à séparer, peut être compensée par un ajout préalable au mélange gazeux à séparer, d'un élément complémentaire sous forme gazeuse et/ou liquide (gouttelettes en suspension) et/ou solide (particules en suspension) pouvant assurer l'entraînement ou le balayage du gaz à séparer. Le SO2 par exemple peut être absorbé très aisément par un ajout d'acide acétique, lui-même aisément condensable, et absorbable par le condensât de vapeur d'eau, ce qui permet sa récupération intégrale et son recyclage après traitement par .tout moyen comme du condensât séparé qui le contient.

6.

1* r

La gamme de vapeurs et de gaz qui peuvent être extraits par le procédé „ selon l'invention est très vaste, grâce au fait que le rapport entre la pression initiale du mélange gazeux â traiter, et la pression instantanée minimale au sein de l'écoulement, peut être très élevé. En effet, ce rapport est le produit du rapport de pression de la composante stationnaire de la détente, et de celui de la composante oscillatoire de cette détente. Plus élevé est le rapport de pression ainsi réalisé, plus importante est la chute d'enthalpie lors de la détente adiabatique, plus grande est la chute de température correspondate, et plus efficace est la séparation obtenue par condensation.

En fait, l'invention peut s’appliquer en toute généralité à tout mélange en phase gazeuse d'éléments chimiques ou isotopiques différents, généralement quelconques en proportions quelconques.

l

Kj c

Claims (9)

1. Procédé pour extraire un composant gazeux d'un mélange gazeux en écoulement pouvant contenir des particules liquides, caractérisé en ce que le gaz en écoulement est soumis à une onde sonore de forte intensité qui provoque la condensation partielle dudit composant et en ce que les gouttelettes de condensât ainsi obtenues sont ensuite séparées du gaz en écoulement par barodiffusion à travers celui-ci.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite « condensation partielle est renforcée par superposition à ladite onde sonore d'une détente stationnaire du mélange gazeux en écoulement.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la détente provoquant·la condensation se fait dans une enceinte statique, « l'énergie du gaz étant utilisée pour effectuer la séparation.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la séparation dudit composant gazeux à extraire dudit mélange gazeux soit facilité par l'ajout préalable d'un élément d'entraînement ou de balayage.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enceinte statique dans laquelle se fait la séparation et l'extraction a la forme d'-une tuyère axisymétrique comprenant une chambre d'entrée, un convergent, un col, et un divergent.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le convergent a la forme d'un tronc de cône dont le sommet est situé sur l'axe de la J tuyère et en aval de la section minimale du col de celle-ci. A c 8. ft

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la collecte des gouttelettes de condensât se fait dans un collecteur cylindrique de petit diamètre, disposé dans l'axe du divergent,'et dont la section d'entrée circulaire est centrée au droit, ou légèrement en amont, du sommet géométrique du tronc de cône constituant le convergent de la tuyère.

7. Λ r . REVENDICATIONS

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le front de '* l'onde sonore a la forme d'un segment de sphère depuis l'entrée jusqu'à la sortie du convergent de la tuyère. *

9. Dispositif utilisant le procédé suivant les revendications 1 à 7. ù &