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"procédé et appareil pour la production de mélanges convenant à la carburation ou à la combustion, à partir d'huiles peu propres ou impropres à ces usages".
La présente invention a pour but de produire, sans recourir à l'hydrogénation ou au cracking, des carburants ou des combustibles homogènes et de propriétés constantes, con- venant notamment pour l'alimentation des moteurs et des brû- leurs, en partant d'huiles peu propres ou impropres à. la car- buration ou à la combustion telles que les huiles de goudron, les huiles de schiste, les pétroles bruts, les huiles végé- tales etc...
Cette invention, due aux travaux de Mr. Auguste HAECK, est basée sur des observations qui ont permis de reconnaître qu'il existe d'une part une affinité entre les constituants .combustibles utiles des huiles, d'autre part un certain an-
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tagonisme entre ces constituants et les éléments nuisibles à la combustion parmi lesquels on peut citer notamment les paraf- fines, naphtalines et phénols, les composés de créosote, d'an- thracène, de soufre et les brais pour les huiles minérales, ainsi que les substances acides ou corrosives pour les huiles végétales;
- que cette affinité et cet antagonisme peuvent être utilisés pour effectuer la séparation des constituants utiles dans des conditions particulièrement favorables à leur conservation, notamment sans recourir à l'emploi de pressions ou de températures élevées; - et que cette sépa- ration peut être exécutée de manière à être accompagnée d'une homogénéisation du produit qui exclut toute possibilité de dissociation ou de distillation prématurée de ses consti- tuants lors de son emploi dans les brûleurs ou dans les mo- teurs.
Dans les procédés habituels de distillation frac- tionnée et de' cracking, les opérations tendent à séparer les produits combustibles en différents groupes ayant des carac- téristiques déterminées. Il est nécessaire à cet effet d'em- ployer des pressions et des températures élevées dont l'ac- tion violente doit combattre l'affinité naturelle des hydro- carbures les uns pour les autres et provoquer une classifi- cation arbitraire, mais n'assure pas l'élimination des pro- duits nuisibles. De plus l'applicabilité de ces traitements est limitée à certaines huiles minérales, et il en résulte également une limitation de la quantité des combustibles et carburants qu'il est possible d'obtenir.
Contrairement à ces procédés, le traitement suivant la présente invention est conçu en vue de l'extraction des éléments combustibles des huiles, non en fractions séparées, mais ensemble, en utili- sant l'affinité entre ces éléments pour obtenir ce résultat
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sans action brusque susceptible d'altérer leur constitution.
On constate alors cet effet surprenant qu'il est possible de retirer ainsi la presque totalité des hydrocarbures des huiles traitées, sous forme d'un mélange carburant ou combustible tellement homogène qu'il est directement utilisable dans les moteurs à explosion et à combustion. Dans ce produit le pour- centage des matières nuisibles a été réduit au point de ne plus affecter la qualité du produit.
Pour mettre en oeuvre le procédé suivant la présente invention, on soumet l'huile à traiter à une distillation à température modérée, dans.le vide ou sous une pression très réduite, et on provoque la condensation d'une partie des va- peurs de distillation et la circulation des autres vapeurs en contact intime avec les produits condensés, à une température voisine de la température, de distillation. On constate, dans ces conditions, que les vapeurs des hydrocarbures les plus volatils, venant en contact avec les vapeurs condensées d'hy- drocarbures plus lourds, agissent sur celles-ci et favorisent leur départ par entraînement, en assurant l'homogénéisation de ces vapeurs.
Il est utile de pousser le vide aussi loin que possi- ble et de maintenir la température de distillation en-dessous de 150 C, et de préférence bien que non nécessairement en des- sous de 100 C. La température de la phase de contact entre les vapeurs et les produits condensés peut varier suivant la nature des produits, mais n'est généralement que très peu in- férieure à la température de distillation.-
Les vapeurs qui s'échappent,sous l'action de la pom- pe à vide., traversent un séparateur où elles subissent une ré- duction de vitesse qui provoque la condensation de la presque totalité de la vapeur d'eau précédant les hydrocarbures, ainsi
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que de l'ammoniaque et du soufre, que l'on peut recueillir dans une éprouvette.
Les vapeurs sont ensuite dirigées dans un condenseur d'où le liquide obtenu passe dans un récipient régulateur de vide et enfin dans un récipient collecteur. Le mélange d'hydrocarbures recueilli dans ce récipient est réel- lement homogène et convient pour l'alimentation des moteurs à explosion et à combustion, tout en étant rigoureusement anti- détonant.
EXEMPLE.-
On a pris comme matière première une huile de goudron constituant le résidu de distillation de goudrons de fours à coke. Cette huile résiduelle, tout-à-fait impropre à la car- buration, présentait à l'analyse les caractéristiques suivantes :
Poids spécifique à 15 C 1,073
Point d'inflammabilité impossible à saisir
Point de combustion 110 C
Viscosité Engler à 20 C 1.81 E.
Viscosité Engler à 50 C 1.330E.
Soufre 0.72%
Paraffine néant
Asphaltes durs 0.74%
Eau environ 2,5%
Pouvoir calorifique brut 9271 cal/gr.
100 Kg. de cette matière, soumis au traitement dé- crit ci-dessus, ont donné 80 Kg. de bon produit, constituant un carburant pour moteur à explosion, répondant à l'analyse ci-dessous : @ -
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Poids spécifique à 15 C 0. 977
Point d'inflammabilité - 22 C
Point de combustion- 20 C
Viscosité Engler à 20 C 1.11 E
Viscosité Engler à 50 C 1.00PE
Soufre 0.42%
Paraffine néant 'Asphaltes durs 0.59%
Eau petite quantité
Pouvoir calorifique brut 9630 cal/gr.
Il restait dans la chaudière 17 Kg. d'huile lourde d'anthracène, avec notamment des asphaltes et de la créosote.
Dans l'éprouvette on a recueilli environ, 2. 500 Kg. d'eau ammoniacale avec du soufre, une très faible proportion d'huile moyenne non assimilée, ainsi que des traces de naphta- line.
L'appareil qui convient le mieux pour exécuter ce procédé se compose d'une chaudière surmontée d'une colonne à plateaux ou d'un dispositif équivalent muni de moyens de ré- glage de la température. Dans le cas de l'emploi d'une colon- ne à plateaux, celle-ci est avantageusement entourée d'une chemise d'eau, dont l'alimentation et la décharge peuvent être réglées de manière à obtenir les conditions de tempéra- ture désirées. Le sommet de cette colonne, dans laquelle s'ef- fectue le contact intime entre les vapeurs et les produits condensés est relié par une tuyauterie à une colonne à dis- ques perforés constituant le séparateur, puis à des conden- seurs et des réservoirs collecteurs ainsi qu'à une pompe à vide.
Une seconde tuyauterie, à circulation d'eau, met en communication les chemises réfrigérantes des condenseurs avec , la chemise d'eau de la colonne à plateaux afin de permettre
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d'utiliser dans celle-ci les calories abandonnées par les va- peurs dans les condenseurs.
Sur le dessin annexé qui représente schématiquement, à titre d'exemple, un appareil établi suivant la présente in- vention: 1 désigne la chaudière, 2 la colonne à plateaux, 3 la tuyauterie d'évacuation des vapeurs, 4 la colonne séparatrice,
5 le condenseur, 6 la tuyauterie d'écoulement du mélange car- burant condensé, 7 un récipient régulateur de vide, 8 le ré- servoir collecteur du mélange carburant, 9 le tuyau d'aspiration de la pompe et 10 la pompe à vide. 11 est le tuyau de décharge de la pompe qui peut être suivi d'un condenseur 12 pour récu- pérer les vapeurs qui pourraient être entraînées par l'air.
Le pied de la colonne séparatrice 4 est relié à une éprouvette 13 communiquant avec un condenseur 14 et un réci- pient 15 pour les produits séparés des vapeurs hydrocarburées.
Un tuyau 16 branché sur le tuyau d'aspiration 9 permet de créer dans le récipient 15 le vide nécessaire pour y appeler les liquides condensés en 14.
L'eau servant à refroidir les condenseurs et à régler la température dans la colonne à plateaux, suit un trajet in- verse de celui des produits traités. Par la conduite 17 elle est dirigée du condenseur 12 au condenseur 5 en traversant suc- cessivement la chemise du récipient 7 et celle du condenseur
14. L'eau quitte le condenseur 5 à une température qui peut être de 40 à 60 C par exemple, et passe par le tuyau 17' dans la chemise 18 de la colonne 2 d'où elle peut être évacuée par des robinets 19, 20 dont la manoeuvre permet de régler la tem- pérature de l'eau dans la chemise 18.
Four le traitement d'une huile de goudron, telle que celle mentionnée ci-dessus à titre d'exemple, on peut procéder .de la manière suivante :
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L'huile ayant été versée dans la chaudière 1, on la chauffe progressivement par tous moyens appropriés, jusqu'à -une température de 40 à 50 C. La pompe 10 est alors mise en action. Il se dégage aussitôt de la vapeur d'eau qui s'échap- pe par le sommet de la colonne 2 et se condense dans la co- lonne 4, d'où l'eau passe dans le récipient 15.
Le vide ayant été poussé aussi loin que possible (par exemple jusque 1/100 d'atmosphère) le contenu de la chaudière est progressivement et uniformément chauf-fé jusque 60 à 80 C, ce qui provoque le départ des vapeurs des substances volati- les et des huiles légères. La température de l'eau entourant la colonne 2 étant maintenue à une dizaine de degrés, par exemple, en-dessous de celle de la chaudière, il se produit une condensation partielle des vapeurs dégagées.
Comme l'indique le dessin la colonne 2 est garnie intérieurement de plateaux 21, munis chacun d'une cloche 22 pour le passage des vapeurs et d'un trop plein 23. Il ne se produit toutefois pas de rétrogradation sensible car en tra- versant les couches de liquide reposant sur les plateaux 21, les vapeurs nouvelles favorisent la vaporisation du liquide, dissolvent et entraînent continuellement avec elles de nou- velles quantités de vapeur. Par ce contact intime et cet en- traînement toujours renouvelés,à une température maintenue très proche de la température de distillation, le liquide est peu à peu dépouillé de ses éléments combustibles.
Les vapeurs arrivant au sommet de la colonne 2 s'en échappent par la conduite 3 qui débouche à la partie supé- rieure de la colonne 4 où, par suite de la réduction de vi- tesse du courant de vapeurs, les éléments les plus lourds se séparent de celles-ci par condensation. Ce condensat, qui em- porte la majeure partie des derniers éléments dont l'influence pourrait être nuisible (phénols, composés sulfurés etc.), ruis- @
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selle le long d'une série de disques perforés 24, ce qui per- met aux éléments plus légers, qui auraient pu être entraînés, de se dégager et de rejoindre le courant de vapeurs. Le li- quide qui a gagné le fond de la colonne 4 passe par l'éprouvet- te 13 dans le condenseur 14 puis dans le récipient 15.
De l'éprouvette 13 un tuyau de retour 25 conduit à la base de la colonne 2 afin de permettre d'y ramener les produits utiles qui éventuellement auraient pu être entraînés en 13.
Du sommet de la colonne 4 les vapeurs passent dans le condenseur 5 qui comporte de préférence une chambre len- ticulaire 26, où la vitesse du courant de vapeur est de nou- veau brusquement réduite, suivie d'un faisceau tubulaire 27 à grande surface. Le liquide s'écoulant du condenseur 5 par le tuyau 6 passe dans un récipient 7 où il est débarrassé de l'air qui aurait éventuellement pénétré par les joints de l'appareil; du récipient 7 il parvient dans le réservoir col- lecteur 8.
Entretemps la matière traitée dans la chaudière 1 a progressivement été portée à une température de 80 à 10000 afin de provoquer le départ des huiles moyennes et lourdes.
Les phénomènes décrits ci-dessus se reproduisent et de nou- velles quantités de liquide viennent s'ajouter à celles qui se trouvent déjà dans le réservoir 8. Par suite de leur affi- nité, et de l'absence d'impuretés en proportion nuisible, les constituants de ce liquide forment un mélange homogène qui constitue un excellent carburant pour moteurs à explosion, et un combustible de premier ordre pour brûleurs.
Dans ce liquide se retrouve de 80 à 90% de la quan- tité totale des hydrocarbures contenus dans le produit initial.
Les impuretés ont été éliminées les unes totalement, les au- tres au point-de ne plus avoir d'action nuisible. Elles se re- trouvent partiellement (eau, soufre, phénols etc. ) dans le ré-
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cipient 15, le reste (paraffine, brais etc.) n'ayant pas quitté la chaudière.
Evidemment on peut aussi, si on le désire, recueillir séparément les produits de la première et de la deuxième phase de distillation, ou bien diviser celle-ci en un plus grand nombre de phases, à condition d'observer pour chacune d'elles les conditions de pression et de température, et de contact entre vapeurs et liquides nécessaires à Inexécution du présent procédé.
Il est bien entendu que les détails d'exécution décrits, ainsi que la disposition de l'appareil représenté peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS -:- ---------------------------
1.- Procédé pour la production de mélanges convenant à la carburation ou à la combustion à partir d'huiles peu pro- pres ou impropres à ces usages, caractérisé en ce qu'on extrait de l'huile, par distillation à une température modérée, dans le vide ou sous une pression réduite, la plus grande partie de ses éléments combustibles, légers et denses, dont on forme un mélange homogène, au cours de l'opération.
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"process and apparatus for the production of mixtures suitable for carburization or combustion, from oils which are not very clean or unsuitable for these uses".
The object of the present invention is to produce, without resorting to hydrogenation or cracking, fuels or fuels that are homogeneous and have constant properties, suitable in particular for supplying engines and burners, starting from oils not very clean or unsuitable for. carburization or combustion such as tar oils, shale oils, crude oils, vegetable oils etc ...
This invention, due to the work of Mr. Auguste HAECK, is based on observations which have made it possible to recognize that there is on the one hand an affinity between the useful combustible constituents of oils, on the other hand a certain an-
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tagonism between these constituents and elements detrimental to combustion, among which may be mentioned in particular paraffins, mothballs and phenols, compounds of creosote, anthracene, sulfur and pitches for mineral oils, as well as acidic or corrosive substances for vegetable oils;
- that this affinity and this antagonism can be used to effect the separation of the useful constituents under conditions which are particularly favorable to their storage, in particular without resorting to the use of high pressures or temperatures; - and that this separation can be carried out in such a way as to be accompanied by homogenization of the product which excludes any possibility of dissociation or of premature distillation of its constituents during its use in the burners or in the engines.
In the usual fractional distillation and cracking processes, the operations tend to separate the fuel products into different groups having determined characteristics. For this purpose it is necessary to employ high pressures and temperatures, the violent action of which should combat the natural affinity of the hydrocarbons for one another and cause an arbitrary classification, but not does not ensure the elimination of harmful products. In addition, the applicability of these treatments is limited to certain mineral oils, and this also results in a limitation of the quantity of fuels and fuels that it is possible to obtain.
Unlike these methods, the treatment according to the present invention is designed for the extraction of the fuel elements from the oils, not in separate fractions, but together, using the affinity between these elements to achieve this result.
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without any sudden action likely to alter their constitution.
This surprising effect is then observed that it is thus possible to remove almost all of the hydrocarbons from the treated oils, in the form of a fuel or fuel mixture so homogeneous that it can be used directly in internal combustion and combustion engines. In this product the percentage of harmful materials has been reduced to the point of no longer affecting the quality of the product.
In order to carry out the process according to the present invention, the oil to be treated is subjected to distillation at moderate temperature, in vacuum or under very reduced pressure, and the condensation of part of the vapors of distillation and the circulation of the other vapors in intimate contact with the condensed products, at a temperature close to the temperature of the distillation. It is observed, under these conditions, that the vapors of the most volatile hydrocarbons, coming into contact with the condensed vapors of heavier hydrocarbons, act on them and promote their departure by entrainment, ensuring the homogenization of these. vapors.
It is useful to push the vacuum as far as possible and to keep the distillation temperature below 150 ° C, and preferably although not necessarily below 100 ° C. The temperature of the contact phase between the vapors and the condensed products can vary according to the nature of the products, but is generally only very little lower than the temperature of distillation.
The vapors which escape, under the action of the vacuum pump, pass through a separator where they undergo a reduction in speed which causes the condensation of almost all of the water vapor preceding the hydrocarbons, so
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only ammonia and sulfur, which can be collected in a test tube.
The vapors are then directed into a condenser from which the liquid obtained passes into a vacuum regulating vessel and finally into a collecting vessel. The mixture of hydrocarbons collected in this container is really homogeneous and suitable for supplying internal combustion and combustion engines, while being rigorously anti-detonating.
EXAMPLE.-
Tar oil was taken as a raw material constituting the residue from the distillation of coke oven tars. This residual oil, completely unsuitable for fuel, exhibited the following characteristics on analysis:
Specific gravity at 15 C 1.073
Flash point impossible to grasp
Burn point 110 C
Engler viscosity at 20 C 1.81 E.
Engler viscosity at 50 C 1.330E.
Sulfur 0.72%
Paraffin nil
Hard asphalts 0.74%
Water about 2.5%
Gross calorific value 9271 cal / gr.
100 Kg. Of this material, subjected to the treatment described above, gave 80 Kg. Of good product, constituting a fuel for internal combustion engines, answering the analysis below: @ -
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Specific gravity at 15 C 0. 977
Flash point - 22 C
Burn point - 20 C
Engler viscosity at 20 C 1.11 E
Engler viscosity at 50 C 1.00PE
Sulfur 0.42%
Paraffin nil 'Hard asphalts 0.59%
Small amount of water
Gross calorific value 9630 cal / gr.
There remained in the boiler 17 kg of heavy anthracene oil, including asphalts and creosote.
Approximately 2,500 kg of ammoniacal water with sulfur, a very small proportion of unassimilated medium oil, as well as traces of naphthalin were collected in the test tube.
The most suitable apparatus for carrying out this process consists of a boiler surmounted by a tray column or equivalent device provided with temperature control means. In the case of the use of a column with trays, this is advantageously surrounded by a water jacket, the supply and discharge of which can be adjusted so as to obtain the temperature conditions. desired. The top of this column, in which the intimate contact between the vapors and the condensed products takes place, is connected by a pipe to a column with perforated discs constituting the separator, then to condensers and collecting tanks. as well as a vacuum pump.
A second piping, with water circulation, puts the refrigerating jackets of the condensers in communication with the water jacket of the tray column in order to allow
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to use therein the calories given up by the vapors in the condensers.
In the accompanying drawing which shows schematically, by way of example, an apparatus established according to the present invention: 1 designates the boiler, 2 the tray column, 3 the vapor discharge pipe, 4 the separator column,
5 the condenser, 6 the condensed fuel mixture flow piping, 7 a vacuum regulating vessel, 8 the fuel mixture collecting tank, 9 the pump suction pipe and 10 the vacuum pump. 11 is the discharge pipe of the pump which may be followed by a condenser 12 to collect vapors which might be entrained by the air.
The bottom of the separator column 4 is connected to a test tube 13 communicating with a condenser 14 and a receptacle 15 for the products separated from the hydrocarbon vapors.
A pipe 16 connected to the suction pipe 9 makes it possible to create in the receptacle 15 the vacuum necessary to draw therein the liquids condensed in 14.
The water used to cool the condensers and to regulate the temperature in the tray column follows a path reverse to that of the treated products. By line 17 it is directed from the condenser 12 to the condenser 5, passing successively through the jacket of the receptacle 7 and that of the condenser.
14. The water leaves the condenser 5 at a temperature which may be 40 to 60 C for example, and passes through the pipe 17 'in the jacket 18 of the column 2 from where it can be discharged by taps 19, 20, the operation of which makes it possible to regulate the temperature of the water in the jacket 18.
Oven the treatment of a tar oil, such as that mentioned above by way of example, one can proceed in the following manner:
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The oil having been poured into the boiler 1, it is gradually heated by any appropriate means, to a temperature of 40 to 50 C. The pump 10 is then put into action. Water vapor is immediately released which escapes through the top of column 2 and condenses in column 4, from where the water passes into vessel 15.
The vacuum having been pushed as far as possible (for example to 1/100 of an atmosphere) the contents of the boiler are gradually and uniformly heated up to 60 to 80 C, which causes the departure of the vapors of the volatile substances. and light oils. The temperature of the water surrounding column 2 being maintained at around ten degrees, for example below that of the boiler, partial condensation of the vapors given off occurs.
As shown in the drawing, column 2 is internally lined with trays 21, each provided with a bell 22 for the passage of vapors and with an overflow 23. However, no appreciable downshift occurs because when crossing the layers of liquid resting on the plates 21, the new vapors promote the vaporization of the liquid, dissolve and continuously entrain with them new quantities of vapor. Through this intimate contact and this constantly renewed drive, at a temperature maintained very close to the distillation temperature, the liquid is gradually stripped of its fuel elements.
The vapors arriving at the top of column 2 escape from it through line 3 which leads to the upper part of column 4 where, as a result of the reduction in the speed of the vapor stream, the heaviest elements separate from them by condensation. This condensate, which carries most of the last elements whose influence could be harmful (phenols, sulfur compounds etc.), ruis- @
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saddle along a series of perforated discs 24, which allows the lighter elements, which could have been entrained, to free themselves and join the stream of vapors. The liquid which has reached the bottom of column 4 passes through test tube 13 into condenser 14 and then into vessel 15.
From the test piece 13 a return pipe 25 leads to the base of the column 2 in order to allow the useful products which could have been entrained in 13 to be brought back there.
From the top of column 4 the vapors pass into condenser 5 which preferably has a lenticular chamber 26, where the velocity of the vapor stream is again sharply reduced, followed by a large area tube bundle 27. The liquid flowing from the condenser 5 through the pipe 6 passes into a receptacle 7 where it is freed of any air which may have entered through the joints of the apparatus; from the container 7 it enters the collecting tank 8.
In the meantime, the material treated in boiler 1 has gradually been brought to a temperature of 80 to 10,000 in order to cause the departure of medium and heavy oils.
The phenomena described above are reproduced and new quantities of liquid are added to those already in the reservoir 8. Owing to their affinity, and the absence of impurities in harmful proportions. , the constituents of this liquid form a homogeneous mixture which constitutes an excellent fuel for internal combustion engines, and a first-rate fuel for burners.
In this liquid is found 80 to 90% of the total quantity of hydrocarbons contained in the initial product.
The impurities have been completely eliminated, the others to the point of no longer having any harmful action. They are partially found (water, sulfur, phenols, etc.) in the
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container 15, the rest (paraffin, pitches etc.) not having left the boiler.
Obviously we can also, if desired, collect separately the products of the first and second distillation phase, or divide the latter into a greater number of phases, on condition of observing for each of them the pressure and temperature conditions, and contact between vapors and liquids necessary for the execution of the present process.
It is understood that the details of execution described, as well as the arrangement of the apparatus shown can be modified without departing from the scope of the invention.
CLAIMS -: - ---------------------------
1.- Process for the production of mixtures suitable for carburization or combustion from oils unsuitable or unsuitable for these uses, characterized in that oil is extracted by distillation at a moderate temperature , in vacuum or under reduced pressure, most of its fuel elements, light and dense, of which a homogeneous mixture is formed during the operation.