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Appareil pour les traitements des gaz industriels.
Les traitements appliqués aux gaz industriels ont pour but, soit de les épurer physiquement ou chimiquement, soit d'en extraire certains constituants dont la récupération est avantageuse.
Il n'existe pas, à l'heure actuelle, d'appareils universels permettant de réaliser toutes les opérationsde traitement : chacun d'eux est, au contraire, assez étroitement spécialisé dans une ou plusieurs applications limitées.
La présente invention a pour but de combler cette lacune; elle a également pour but de faciliter certaines opérations, de les rendre plus efficaces ou plus économiques.
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une application importance consiste a réaliser, avec une faible dépense d'énergie, l'épuration physique des gaz de gazogènes ou autres.
Les appareils de traitement des gaz industriels peuvent se classer en sept catégories principales:
1 . Appareils à détente et à changement de direc- tion, avec ou sans pulvérisation liquide, tels que : les"scrubbers" non remplis de matière filtrante, les cylindres refroidisseurs qui précèdent les désintégrateurs, les "cyclones" et, d'une façon générale, les chambres comportant ou non des changements de direction.
2 . Appareils à action de paroi : tubulaires ou annulaires, serpentins, etc.
3 . Appareils à filtration: colonnes à coke ou à anneaux dites "scrubbers", caisses d'épuration à matière "laming", à sciure de bois, etc., filtres comportant des manches ou des cadres garnis de tissu..
4 . Appareils,à barbottage : colonnes à plateaux, appareils du type bariilet d'usines à gaz, etc.
5 . Appareils à brassage mécanique tels que ventilateurs à injection de liquide, désintégrateurs à ncage d'écureuil", laveurs du type usine à gaz pour la récupération de l'ammoniaque et du benzol.
6 . Appareils "à choc", au premier rang desquels il faut placer l'appareil " Pelouze et Audoin ", 1 appareil
Sainte-Claire-Deville, etc.
7 . Appareils à précipitation électrique.
L'appareil objet de la présente invention se range dans la sixième catégorie.
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Le principe des appareils à choc est connu: le gaz brut à traiter s'échappe avec une certaine vitesse à travers un orifice en regard duquel se trouve, à une distance relativement faible, une surface de choc. Dans le mouvement des molécules gazeuses, les particules solides ou liquides sont projetées contre la paroi en raison de leur inertie; dans certaines conditions - vitesse suffisante, adhérence obtenue par une pellicule préexistante ou résultant des condensations antérieures - les vésicules liquides ou les poussières sont retenues par la surface de choc ; danscertaines conditions également, les dépôts ainsi formés sont évacués naturellement par écoulement, ou artificiellement par des moyens mécaniques.
Les appareils à choc ne sont pas actuellement employés pour des traitements autres que l'épuration physi- que : cependant rien ne s'oppose en principe à ce que la surface soit recouverte par une lame pelliculaire de solvant propre à retenir certains constituants (ammoniaque ou benzol par exemple); toutefois, les difficultés pratiques de réalisation sont assez grandes pour que l'application - industrielle n'ait pu être réalisée.
Il y a lieu de remarquer que, dans les appareils à choc actuellement employés, le gaz traité parcourt, au moins pendant un certain temps, un chemin parallèle au sens de circulation des produits condensés ; ilrésulte, de cette circulation non méthodique, une diminution de l'efficacité de ces appareils.
L'appareil, objet de la présente invention, se distingue des appareils à choc existants en ce que: 1 . la pellicule liquide recouvrant la surface de choc est rendue imperforable par le jet gazeux;
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2 . le nettoyage de la surface de choc dans le cas de 1' épuration et la circulation du solvant, dans le cas d'un traitement quelconque, sont rendus aussi simples que possible; 3 . l'appareil se prête aussi bien à l'épuration physique ou chimique qu'à un traitement quelconque ; 4 . le gaz, en cours de traitement, parcourt un chemin inverse, soit des produits de la condensation, soit du solvant employé au traitement. L'appareil en question est d'ailleurs caractérisé par différentes dispositions qui sont illustrées par la description donnée plus loin.
L'invention décrite repose sur un certain nombre de phénomènes physiques, connus en eux-mêmes, qu'il importe de préciser, en vue de 1'application qui en est faite:
A. Lorsqu'un récipient contenant un liquide est animé d'un mouvement de rotation rapide autour d'un axe vertical, on constate que la surface libre du liquide s' incurve et prend'la forme d'un paraboloïde de révolution dont l'axe est confondu avec l'axe de rotation. Chaque molécule liquide est alors soumise à la résultante de deux forces : a. la force de la pesanteur, b. la force axifuge, fonction de la vitesse de rotation ; en résulte que la densi té du liquide est, en quelque sorte, augmentée artificielle- ment dans telle proportion qu'on le désire en faisant varier la vitesse de rotation.
Lorsque la vitesse est suffisamment grande et si l'on dispose d'un récipient de forme appropriée, on peut réaliser une pellicule liquide aussi mince qu'on le désire dont la densité apparente est, elle-même, aussi grande qu'il est nécessaire pour l'application envisagée.
B. Si, dans une cuvette à fond plat, on place une certaine quantité de liquide de façon à former une nappe de faible épaisseur et si, au-dessus de cette nappe, on souffle
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un jet gazeux normalement, au moyen d'un ajutage, on reconnait que, pour une certaine vitesse d'insufflation, la surface du liquide s'incurve et que l'épaisseur de la nappe diminue devant l'ajutage; pour une vitesse suffisamment grande, on reconnait que la nappe est en quelque sorte perforée; le liquide ne mouille même plus le fond de la cuvette.
Il est dès lors facile de comprendre pourquoi un appareil à choc ordinaire ne peut facilement servir à un traitement comportant l'emploi d'un liquide : pour que le contact soit suffisant entre toutes les molécules gazeuses et le liquide, la vitesse du jet doit être assez grande: il se peut alors que le liquide soit expulsé par la vitesse du gaz qu'il devrait traiter.
C. Si l'on reprend l'expérience décrite dans le paragraphe précédent et, toutes choses égales d'ailleurs, si l'on remplace un liquide léger et mobile par un liquide plus lourd ou plus visqueux, on reconnait qu'il est beau- coup plus difficile de percer la nappe par la puissance du jet gazeux.
L'invention décrite réalise la synthèse de ces phénomènes de la façon suivante:
Une surface de choc est disposée de telle façon que, par une rotation rapide, il soit possible de la recouvrir d'une mince pellicule liquide pratiquement impénétrable. En regard de cette surface, une série d'ajutages projettent le gaz brut en autant de jets qu'il est nécessaire pour assurer un contact efficace.
Si le traitement envisagé est une simple épuration physique, la nappe retient les vésicules liquides et les poussières qui souillent le gaz ; circulation continue renouvelle dailleurs indéfiniment cette nappe.
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Dans cette application, il peut être inutile d'alimenter artificiellement la nappe liquide, par exemple si les vésicules à condenser donnent lieu à la formation d'une pellicule convenable; dans ce cas, les premières parties condensées retiennent les suivantes et l'opération s'alimente elle-même indéfiniment, tandis que les produits de la condensation sont eux-mêmes évacués à mesure de leur formation.
Si le traitement envisagé est un lavage ( par exemple un lavage à l'huile pour retenir le benzol du gaz de distillation de la houille ), la nappe liquide vient au contact de toutes les molécules gazeuses dont la vitesse peut être très grande, sans crainte de perforation de la pellicule.
Dans le cas où une alimentation continue est nécessaire, le débit liquide peut être réduit à l'extrême tout en maintenant la continuité de la pellicule, en sorte que, s'il s'agit d'une matière de valeur appréciable (huile ou goudron par exemple), le fonctionnement est aussi économique que possible.
La réalisation de ces caractéristiques principales, ainsi que les avantages industriels de toute nature-qui résultent de l'invention décrite sont illustrés par la description ci-après donnée à titre d'exemple:
La figure 1 représente une coupe verticale de 1' appareil par un plan passant par l'axe.
L'appareil se compose d'une capacité en forme de tore creux 1, recevant le gaz brut par une tubulure 2; à la partie inférieure de ce'tore, une série d'appendices 3 for- ment autant d'ajutages par où s'écoule le gaz à épurer à travers leurs orifices 4, 4 calibrés.
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Ces ajutages ont leurs axes situés sur un cône de révolution dont le sommet se trouve sur l'axe X'X; les orifices eux-mêmes:' terminant les ajutages sont découpés sur une surface de révolution d'axe X'X, normale aux génétratrices du cône.
Devant ces orifices et normalement au cône déterminé par leurs axes, se trouve la surface de choc formée par une coupe métallique 5, elle-même constituée par un corps de révolution d'axe vertical X'X. Cette coupe est solidaire d'un arbre 6 qui la met en rotation par 1' intermédiaire d'une transmission quelconque; poulie, engre- nage, accouplement direct, etc.
La méridienne de la surface de révolution peut présenter une série de courbures variables ; la limite, si le rayon de courbure devient infini, la "coupe" devient un plan.
La surface de gorge 7 du tore 1 constitue une tubulure centrale 8 par où s'échappe le gaz traité ; remarquera que la nappe liquide recouvrant la surface de choc se déplace en allant du centre de la coupe vers les bords, tandis que le gaz, issu des orifices 4, chemine en sens inverse pour se dégager définitivement par la tubulure 8: il en résulte un lessivage méthodique.
Le liquide destiné à former la nappe de traitement sur la coupe est éventuellement déversé au voisinage du centre par une série d'ajutages 9 alimentés par la tuyaute- rie 10.
La surface de choc tournante 5 et toute la partie inférieure de l'appareil sont enfermées dans un carter
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étanche 11 destiné à empêcher la sortie du gaz-et à recueil- lir les projections de liquides et de boues condensées ou du liquide ayant servi au traitement. Les bords de la "coupe" sont évasés et se terminent suivant une surface plane en sorte que le liquide souillé par les condensations ou chargé de matières dissoutes est projeté avec le maximum de force vers l'extérieur. Les condensations sont recueil- lies par le carter 11 et s'écoulent définitivement par la tubulure 12 qui les évacue à l'extérieur. supérieure
Sur la partie/du tore 1 sont disposés des tampons de visite et de nettoyage 13.
Sur cette même partie sont placés des injecteurs ou pulvérisateurs 14 permettant d'injec- ter dans le tore soit de la vapeur, soit de l'eau, froide ou chaude, soit un liquide approprié; le but de ces injections est de produire: 1 . un nettoyage de la surface interne du tore 1 et des orifices 4 pour éviter les obstructions. 2 . éventuellement, un réchauffage ou un refroidissement, ou une humidification du gaz brut avant son traitement; 3 . éventuel- lement, une pulvérisations d'un liquide ou solvant approprié lorsqu'on désire employer l'appareil, soit pour certains traitements physiques, soit pour certains traitements chimi- ques.
En un mot, les dispositions employées sont telles qu'il est possible: a; de mettre le gaz brut dans un état de température et d'humidification convenables pour faciliter son traitement ; de le charger d'un brouillard liquide réagissant physiquement ou chimiquement; c. d'amener par.1' effet du choc et du laminage une condensation des poussières ou des vésicules liquides; d. de produire soit un lavage du gaz, soit une captation des poussières et vésicules par 1' effet d'une nappe liquide.
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L'évacuation des produits de condensation peut donner lieu, sur la surface interne du carter 11, à la formation de dépôts plus ou moins adhérents, qu'il peut être nécessaire d'évacuer de force s'ils ne s'écoulent pas d'eux-mêmes: à cet effet, il a été prévu une canalisation 15 ceinturant l'appareil et sur laquelle sont piqués un certain nombre d'ajutages 16 distribués sur toute la périphérie: ces ajutages peuvent ainsi débiter soit de la vapeur, soit de l'eau chaude ou froide, soit tout autre fluide capable de détacher par fusion, dissolution ou entrai- nement des dépôts formés.
Il est évident que les formes, détails et dimensions des différentes parties de l'appareil peuvent varier sans nuire à son principe.
Le principe de l'invention n'est en rien modifié par la marche " à sec " c'est-à-dire par l'absence de la pulvérisation dans le tore 1 et par la suppression de 1' écoulement de la nappe liquide; il en sera ainsi, en parti- culier dans le cas où le gaz sera chargé de vésicules donnant naissance à un liquide à la fois assez fluide et assez adhérent sur la surface de choc pour que le lavage soit rendu inutile. Il en sera encore de même si le gaz est entrainé dans un mouvement giratoire assez rapide pour que les parti- cules solides soient expulsées sous l'effet de la force axifuge, même sans avoir pris contact avec la coupe, tandis que le gaz épuré des poussières qu'il contenait se dirige vers la tubulure centrale.
Pour les mêmes raisons, il est possible d'utiliser l'appareil avec un fonctionnement habituel " à sec " en se réservant la possibilité d'admettre de temps en temps un liquide ou de la vapeur soit par les orifices 9, soit par
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les pulvérisateurs ou injcteurs 14, ces injections périodiques ayant par exemple pour effet de produire un nettoyage de 1'appareil:
L'emploi de l'appareil donne lieu à une remarque importante : la vitesse du jet gazeux aux orifices calibrés 4 doit avoir une certaine valeur minima pour que le fonc- tionnement soit efficace; en revanche une trop grande vitesse peut présenter des inconvénients, au premier rang desquels il faut placer une perte d'énergie notable : par contre, l'appareil peut avoir à traiter des débits gazeux variables.
Pour cela, il est possible d'aveugler un certain nombre d'orifices par des tampons appropriés: ce sera la solution adoptée pour créer une série d'appareils de débits différents avec les mêmes pièces mécaniques; on peut d' ailleurs imaginer facilement des tampons manoeuvrables, soit à la main,soit automatiquement en fonction du débit. Mais une autre solution applicable principalement aux variations instantanées de débit consiste à faire repasser dans l'appa- reil une partie du gaz épuré par l'intermédiaire d'un régulateur automatique de pression, analogue au dispositif bien connu employé pour les régulateurs de retour sur les " extracteurs " des usines à gaz.
Pour la même raison, il y aura intérêt à employer des ventilateurs-extracteurs de gaz du type " volumétrique " Roots ou Beale par exemple.
La figure 3-représente schématiquement à titre d' exemple, le montage des appareils dans le cas de l'emploi d'un régulateur de retour : enA est l'appareil de traitement en B un surpresseur ou extracteur sert à créer la dépression motrice : le circuit normal du gaz est a1' a2 , a3 ' a4 , a5' En C est @
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le régulateur de retour qui laisse passer une certaine quantité de gaz suivant bl ,b2 ' be ' b4 .
Un tube pilote c, c, c, met en relation le régulateur avec la tuyauterie de sortie de l'appareil de traitement ; régulateur est organisé pour maintenir une différence de pression constante entre l'entrée et la sortie de cet appareil ; résulte de cette disposition que la vitesse du gaz est constante aux ajutages quelle que soit la quantité de gaz traiter par unité de temps.
Enfin, l'appareil décrit est susceptible d'être construit suivant plusieurs variantes prises isolément ou ensemble :
A. La. coupe formant surface de choc a été jusqu'ici supposée présenter une surface lisse en regard des orifices de gaz ; cettesurface peut, dans certains cas, être striée de sillons tracés radialement ou, au contraire, concentrique- ment ou de tout autre façon; la profondeur de ces sillons peut être plus ou moins grande, de même que la largeur ; la limite, ces sillons peuvent devenir analogues à des aubages de ventilateurs ou de pompes centrifuges. Il est évident que la présence de sillons est de nature à augmenter 1' efficacité du contact, mais que, en revanche, la force motrice nécessaire pour faire tourner la coupe autour de son axe croit alors rapidement.
Il sera facile de déterminer par l'expérience la forme et les dimensions des sillons à utiliser ; l'expérience permettra même de fixer l'intérêt qu'il peut y avoir à employer des surfaces striées au lieu d'une surface lisse.
B. La surface terminale des ajutages peut être prolongée vers l'intérieur, dans le sens du mouvement des
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filets gazeux, par une sorte de protubérance formant surface de révolution. Lesfigures 5 et 4 indiquent, à titre d' exemples, des modes de réalisation. Les filets de gaz sor- tant par les orifices 4 et laminés entre la surface de la coupe et les bords de l'orifice pénètrent ensuite dans la chambre de détente 18 formée par la collerette 17; dans cette chambre de détente, se produisent des remous utiles à la condensation des dernières particules liquides ou solides entrainées; le gaz est à nouveau laminé et il s' échappe enfin suivant l'axe de l'appareil. Bien entendu, cette disposition peut s'étendre plus ou moins loin vers l'axe et le nombre des chambres successives de détente n' est pas limité.
C. Le dispositif précédent peut être combiné avec l'emploi de stries ou d'ondulations sur la surface de la "coupe"; la figure 4 illustre, à titre d'exemple, cette disposition: le prolongement 19 forme un certain nombre de chambres de détente 20 à chacune desquelles correspond une ondulation 21 de la coupe.
D. Une dernière variante consiste à remplacer la série d'ajutages 4 supposés séparés par une fente continue et circulaire.