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Perfectionnements aux procéder et aux appareils pour l'épeura- tion des gaz :
L'invention est relative à un procédé et à un appareil perfectionnés pour éliminer les matières soli- des et les liquides en suspension dans des gaz et va- peurs
Des tentatives répétées ont été faites pendant un certain nombre d'années pour utiliser le phénomène de condensation dans l'épuration de gaz chargée d'impôt ratés et de fumées, mais ces tentatives n'ont été que partiellement couronnées de succès.
La Société demander resse a trouvé que ces insuccès répétés n'étaient pas dûs à l'insuffisance du phénomène en question, mais au
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manque de preuves expérimentales qui auraient indiqué au chercheur la nature des nombreux facteurs dont il avait à tenir compte, ou qui l'auraient conduit à trouvers le mode voulu d'application et de contrôle du phénomène de condensation . Dans de nombreux cas concernant l'épura- tion par voie humide de gaz impurs chauds,
c'est au phé- nomène de condensation que l'on doit une grande partie des résultats satisfaisants obtenus en éliminant des gaz les particules solides ou liquides qui y sont en suspens si on
La Société demanderesse a trouvé un procédé comprenant un moyen de contrôle du phénomène de condensa tion, qui, conjointement avec un.appareil convenablement établi, est susceptible de débarrasser les gaz indus- triels (tels que ceux dégagés par les hauts-fournaux, les fours de divors genres, les cheminées de chaudières, et sources analogues) des matières solides ou des liqui- des en suspension dans ces gaz, et cela à un degré plus grand que celui pouvant être obtenu par aucun procédé dont on ait connaissance .
Comme la demande en gaz épurés dépasse de beau- coup le degré d'épuration obtenu jusqu'ici à l'aide des méthodes ou procédés courants, le présent procédé est d'une grande importance pour l'industrie, car il permet d'élipiner des gaz industriels les matières solides ou les liquides qui y sont en suspension, et cela à un de* gré plus grand qu'il n'a été possible de le faire jus- qu'ici et d'une manière plus simple et plus économique dans son application .
Il est jugé utile de discuter ici la théorie ,ad-mii3e---jusqu'à présent pour l'épuration des gaz par
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condensation ainsi que les méthodes employées à cet ef.
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.i 6 t des cas les plus simples que l'on pont .3 Un des cas les plus simples que 11 on peut r,.a: rencontrer (c*est-'à"dire un corps gazeux dans lequel , particules finement divisées sont en suspension) est celui dans lequel ce corps gazeux contient un nombre mité de particules analogues de grosseur et de masse ég les; dans ce cas, la difficulté que l'on rencontrera1 pour éliminer les particules de ce corps gazeux serial due principalement au fait qu'il serait difficile d'- atteindre les quelques particules restées à l'état très dispersé après que la masse des particules a été éli- minée .
Malheureusement, ces conditions très simples ¯ ne se présentent jamais dans le cas de gaz industriels., et on est forcé d'examiner des cas dans lesquels un nombre presque infini de particules sont en suspension dans le gaz et sont composées de substances chimiques très différentes, dont les dimensions constituent toute une gamme de grosseurs '.
En d'autres termes, on rencon-
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tre des myriades de particules de substances différené' tes, existant ênjmyriades de formes et de grosseurs chaque unité de volume de gaz brut 4 L'expérience a dé.) l :">'j "\1f montré que ces particules peuvent être divisées en deux.;
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catégories principales, savoir : la catégorie hrgrosaôr pique et la catégorie non hygroscopiques: La première; catégorie contient des particules qui ont et manifes- tent une affinité pour l'eau ou la vapeur d'eau, alors
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¯ r. "'l.1>," que celles de la seconde catégorie n'ont pas cette affi-
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Si on refroidit des Tapeurs ou un gaz chargé de vapeurs, dans lesquelles ces substances sont disper- sées, la condensation des vapeurs a lieu autour de ces corps comme centres, et en poursuivant le refroidisse- ment des vapeurs ou du gaz chargé de vapeurs, des goutte. lettes se formeront autour de ces substances dispersées comme centres et augmenteront de plus en plus de volume jusqu'à ce que les vapeurs soient complètement transfor- mées en liquide . En d'autres termes, à mesure que le refroidissement de vapeurs saturées ou d'un mélange de gaz et de vapeurs saturés s'effectue, la satsaturation des vapeurs est supprimée par suite de la présence de ces surfaces ou centres sur et autour desquelles la co- densation de vapeurs peut avoir lieu .
Dès que la conden- sation commence autour de ces noyaux, elle se continue à mesure que le refroidissement se poursuit, et les goutte- lettes primitivement formées augmentent de la même- ma- nière que dans la formation naturelle de la pluie
La condensation des vapeurs a lieu, tout naut- rellement, tout d'abord sur les particules hygroscopi- ques, même si les vapeurs sont à l'état sous-saturées Si un refroidissement rapide se produit, après que le point de rosée des vapeurs ou du mélange de vapeurs et de gaz saturés est atteint, la condensation de--vient tu- multueuse et les plus grosses particules des deux caté- gories deviennent des centres actifs .
Les particules les plus petites et les moins hygroscopiques sont les dernières à recevoir les vapeurs de condensation, par suite de l'affinité plus grande manifestée par les parti. cules plus grosses, ainsi que par leur augmentation plus rapide de volume ; Normalement, la quantité ou nombre
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total de particules les plus fines primitivement contenu dans le gaz est sensiblement diminué dans un procédé d'épuration de ce genre
Ceci s'explique facilement si l'on étudie les méthodes actuellement employées :
Normalement, le gaz épurer est chaud, il est chargé d'impuretés et de famées et contient une certaine quantité de vapeur d'eau. Dans cet état, il est amené en contact direct avec de l'eau froide sous la forme de jets, de fine pluie ou de gout- tes, en quantité suffisante pour refroidir complètement le,gaz Le gaz est rapidement refroidi à une tmepéra- ture inférieure à son point de rosée et une condensation tumultueuse des vapeurs qu'il contient se produit simula tanément autour des deux catégories de particules et . des gouttes d'eau de refroidissement .Les pqrticules les plus grosses, qui peuvent facilement être éliminées, par d'autres moyens, servent d'abord de centres de con- densation et, par conséquent,
elles reçoivent la plus grande partie des xapeurs avant de quitter le courant de gaz
Les particules les plus petites, ainsi que . les très fines gouttelettes, resteat dans le courant de gaz et continuent à augmenter de volume pendant toute la durée de l'opération de refroidissement,, ou tant que'', des vapeurs sont condensées, aux dépens des noyaux les plus petits et les moins actifs .Finalement, des pare ticules innombrables restent en suspension dans le cou- rant de gaz comme primitivement .Elles ont été partiel- lement chargées d'eau pour la raison qu'on ne dispose jamais, à aucun moment,
d'une quantité suffisante de va- peurs pour que le nombre infini de particules de tontes
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grosseurs et genres augmentent suffisamment de volume et deviennent assez lourdes pour tomber par pesanteur, ou autres forces négligeables, hors du courant de gaz se déplaçant rapidement .
Aucune précaution n'a été prise jusqu'à, pré- sent pour conserver l'énergie thermique primitive dans le gaz, ou pour obtenir l'humidification du gaz en trans- formant toute la chaleur sensible en chaleur latente de vaporisation, afin d'augmenter la quantité de vapeurs qué le gaz pourrait contenir . On n'a jamais essayé non plus de débarrasser le gaz de la grande masse de particules assez grosses qui y sont en suspension, avant de permet* tre à la condensation des vapeurs de se produire
Dans l'épuration de gaz par la voie humide, la Société demanderesse a trouvé qu'il existait une diffé- rence appréciable dans l'épuration finale du gaz suivant la manière dont le gaz est refroidi .Ceci est dû en par.
tie à la variation dans la teneur en vapeurs du gaz, te- neur qui est facilement modifiée par le mode de refroi- dissement employé
La façon d'opérer courante consiste à soumettre le gaz chaud à l'action d'une quantité suffisante d'eau froide pour abaisser la température du gaz à environ la température primitive de l'eau . Dans ce cas, il y a peu de chance d'augmenter la teneur initiale en vapeurs du gaz, pour la raison que l'eau de refroidissement doit d'abord être chauffée par le gaz, pour l'amener à une température à laquelle l'évaporation peut s'effectuer aussi vite que la chaleur est retirée du gaz par absorp- tion En outre, comme un excès d'eau de refroidissement
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est généralement employé, une température élevée de d' eau n'est pas atteinte, et, par conséquente l'évapora*.,
tion est réduite au minimum : De plus, l'eau de refroi- dissement augmente de température depuis son contact initial jusqu'à son contact final avec le gaz Ceci- constitue une autre indication montrant que l'évapora- tion maximum n'est pas atteinte pour la raison que l'- évaporation étant portée à un maximum, la température de l'eau n'augmenterait plus, mais serait constante en un certain point du système de refroidissement 1 Ceci montre que, à mesure que la chaleur est absorbée du gaz phaud par l'eau, elle est immédiatement ramenée au gaz sous la forme de chaleur latente de vapeur d'eau, cette dernière étant cédée par l'eau
La présente invention modifie complètement les méthodes actuelles, indiquées ci..dessus, pour traiter des gaz de ce genre contenant des particules en suspend sion,
car on soumet le gaz à deux modes de traitement - ' nettement différents . Dans la première phase de l'épu- ration, on cherche à obtenir la transformation maximum de chaleur sensible du gaz en chaleur latente de vcapori- sation, afin d'augmenter la teneur en vapeurs du gaz autant que possible à l'aide de la propre chaleur du gaz , .
Ce résultat est obtenu en soumettant le gaz à un lavage intensif à l'aide d'eau chaude qui est remiser en circulation, et, de ce fait, est maintenue à sa tem- pérature la plus élevée déterminée par la somme de cha- leur du gaz admis . On ne laisse pas la masse important te d'eau requise pour le refroidissement final du gaz -
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venir en contact avec ce derniers lors de l'opération d'humidification Si, après ce traitement, le gaz contient une quantité insuffisante de vapeurs pour ef- fectuer le degré désiré d'épuration lors de l'opération de condensation, on augmente la teneur en vapeurs par injection de vapeur dans le gaz, on on emploie des quan.
tités d'eau chaude plus grandes dans le traitement ci* dessus, l'eau chaude provenant d'une source extérieure .
Simultanément avec l'humidification du gaz, on cherche à débarrasser ce dernier de toutes les particules de matière en suspension, sauf les plus fines, ces demie* res étant éliminées par les vapeurs contenues dans le gaz, lors du traitement ultérieur du gaz .
En ce qui concerne l'opération suivante du présent procédé, qui consiste à refroidir le gaz et à extraire les vapeurs et les particules en suspension par condensation, il convient de discuter à nouveau la théorie admise afin de rendre claires certaines des nouvelles caractéristiques
Dans le cas de deux corps réagissant thermique. ment, par exemple un corps chaud rayonnant de la cha- leur et un corps froid absorbant de la chaleur, la trans- mission de chaleur la plus importante du premier corps au second a lieu lorsque leur différence de température est la plus grande, et la vitesse de transmission de chaleur diminue à mesura que cette différence de tempéra- ture décroit .
En conséquence, dans le cas du refroidissement d'un gaz chaud contenant des vapeurs 'sursaturées, la condensation la plus importante de vapeurs se produit simultanément avec la chute initiale de température du mélange gaz-vapeurs, premièrement, du fait que la teneur
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en vapeurs par degré de température est plus grande, et, deuxièment, pour la raison que le plus fort abais- sement de température d'un mélange de ce genre se pro- duit lors des premières phases de tout procédé naturel de refroidissement .
En vue de ce qui précède, on comprendra faci- lement que si le gaz chaud chargé d'impuretés et de vapeurs vient en contact même indirect avec un agent de refroidissement, en quantités suffisantes pour effec- tuer le fefroidissement final du gaz chargé de vapeurs, et, si le gaz contient des particules en suspension de grosseurs diverses, ce qui est sans aucun doute le cas, la chute la plus importante de température se produit alors lors du contact initial entre le mélange gaz- vapeurs et l'agent de refroidissement, et avec elle se produit la plus grande perte en vapeurs disponibles par condensationCes vapeurs se condensent sur les centres les plus actifs, c'est-à-dire les plus hygrosa copiques et les plus importants, laissant seulement une petite quantité de vapeurs pour les particules les plus nombreuses et les plus petites .
En outre, il est entendu que toutes les par' ticules n'exigent pas la même quantité de vapeurs pour être condensées sur elles-mêmes afin de déterminer une augmentation de volume ou de poids suffisante pour qu'- elles puissent être facilement éliminées de la masse de gaz par des moyens autres que la pesanteur .
Contrai rement à ce phénomène naturel, la Société demanderesse propose un phénomène attificiel qui consiste : à répartir la quantité de vapeur emma- gasinée parmi les particules restantes en suspension
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par phases ou étages, et dans l'ordre des grosseurs des particules
En opérant ainsi, on peut exercer un contrôle absolu sur la vitesse de dissipation des vapeurs, ou de la chute de tempéaature, pendant le procédé de refroi- dissement et de condensation . Ceci implique également le contrôle de la vitesse et de l'importance de l'aug- mentation de volume des différentes grosseurs de parti. cules en suspension, à mesure que les vapeurs se condne- sent sur ces dernières .
Ce résultat est obtenu en inversant l'ordre na- urel du refroidissement du mélange gaz-vapeurs, par ré- glage thermostatique de la température du mélange, étage par étage, pour déterminer l'abaissement le plus faible de température du mélange dans le premier étage et as- surer des degrés égaux oucoroissants d'abaissement de la températures dans les étages de refroidissement ulté- rieurs .
Cette opération, comme expliqué en partie ci- dessus, a pour but de compenser la différence dans la quantité de vapeurs disponible qui se condenseraient par degré de chute de température, à des gammes de tem- pératures élevées, et la faible quantité de vapeurs qui se condenseraient par degré de chute de température, à des gammes de températures faibles, et en outre, de ren- dre disponible des quantités croissantes de vapeurs pour les genres successifs de particules en suspension qui sont en nombres croissants et de grosseurs décroissan tes .
Il arrive fréquemment que du gaz brut non épuré ne contient pas à l'origine une quantité suffisant
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te de vapeurs pour obtenir le degré d'épuration désiré, par suite d'un nombre disproportionné de particules très fines, de quantités par trop importantes de partie cules hygroscopiques ou d'autres conditions ne pouvant être contrôlées Dans ce cas, la quantité de vapeurs contenue dans le gaz doit être augmentée en ayant re- cours à une source extérieure, en utilisant un moyen tel qu'une injection de vapeur dans un on. plus leurs étages, ou en employant de l'eau chaude provenant d'une source extérieure, comme mentionné précédemment .
Afin de rendre le procédé efficace et en marner temps économique au point de vue de sa mise en oeuvre, malgré les conditions défectueuses mentionnées ci-dessus' le gaz brut doit tout d'abord être complètement lavé' pour réduire au minimum le nombre de particules des deux catégories indiquées et les empêcher ainsi de s'- approprier inutilement une grande partie des vapeurs dant les étages de condensation .
A la suite d'expériences et d'observations prolongées, la Société demanderesse a trouvé que de fines pluies d'eau ou des jets d'eau seuls, soit fixes, soit- rotatifs, sont complètement inefficaces pour débarrasser le gaz chargé d'impuretés et de fumées au degré voulu pour assurer la mise en oeugre la plus économique du. présent procédé
Suivant l'invention, on empêche que les parti cules en suspension soient "précipitées" dans un courant de gaz avec le liquide condensé, mais on interrompt leur augmentation de volume à intervalles, en arrêtant momentanément le refroidissement et la condensation des vapeurs, et on enlève les gouttelettes du courant de
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gaz .
Cette opération permet qu'aucune quantité de va* peurs ne soit condensée sur les gouttelettes ayant des impuretés comme cnetres qui ont pris la grosseur voulue pour pouvoir être fa-cilement en-levées, et, en outre, elle permet que les particules de grosseur immédiate- ment plus faible dans la série deviennent à leur tour les centres actifs:' pour la condensation et l'augmenta- tion de volume dans l'étage de condensation suivant
Pour éliminer les gouttelettes du courant de gaz, on les fait principalement frapper contre des orga- nes appropriés, bien que d'autres facteurs entrent éga- lement en jeu .
On oblige le gaz à passer à travers un certain nombre d'ouvertures de petit diamètre, en forme de tubes de Venturi, qui transforment la pression du gaz. en vitesse; ces jets de gaz àyant une vitesse considé- râblé, traversent alors une masse d'eau où une réunion de gouttelettes s'effectue, et viennent frapper contre un certain nombre de petites chicanes disposées juste au-dessus de chacune des petites ouvertures ,Ce choc qui est très violent, à cause de la vitesse, oblige les gouttelettes à adhérer aux surfaces humides et à être entraînées dans la masse d'eau qui s'écoule au-dessus des ouvertures , Le choc du gaz contre la masse d'eau élimine certaines des gouttelettes, mais l'eau ayat la propriété de s'écarter des courants de gaz s'écoulant rapidement,
n'assure pas une surface de choc aussi effi- cade que les chicanes rigides placées au-dessus des petites ouvertures '.
Comme indiqué ci-dessus, le procédé est de
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préférence divisé en deux phases distinctes, et un appa- reil spécial est représenté dans le dessin pour la mise en oeuvre de ce procédé . Dans certaines conditions, il pourrait être préférable de réaliser le procédé en plu- sieurs appareils, mais pour la simplicité on a repré- senté un seul appareil .
Comme un appareil spécial est nécessaire afin d'obtenir les meilleurs résultats dudit procédé, certai nes de ses caractéristiques générales vont être briève- ment indiquées avant d'être spécifiquement décrites .
Pour le traitement préliminaire des gaz brûte dans l'opération d'humidification du procédé, un lavage très intense à l'aide do fines pluies produites méCani- quement est désirable comme première opération, car la plus grande partie des grosses particules de matières étrangères en suspension peut être de ce fait facilement éliminée du gaz, et la tendance que possèdent les matiè- res étrangères à se déposer dans les étages successifs de l'appareil est par suite diminuée .
Après élimination de la masse des impuretés ou fumées à l'aide d'une fine pluie dense, il est possible d'augmenter notablement l'efficacité de l'appareil en obligeant le gaz à venir frapper sur des surfaces appro- priées par lesquelles les particules les plus fines de matière en suspension sont séparées du gaz et éliminées ensuite par le liquide de lavage :Toutefois, à moins que la masse des impuretés soit éliminée par une fine pluie ne rencontrant pas d'obstacles. une disposition de chicanes propres à capter les particules les plus
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fines sera rapidement rendue inutile par suite d'un dé- pôt trop important de particules lourdes, ce qui déter- minera par suite 11 arrêt de l'appareil .
En conséquence, avec le présent appareil sont combinés des moyens pour laver le gaz, afin d'obtenir l'élimination graduelle des matières en suspension, en choisissant les moyens agissant comme chicanes en vue de la nature et des quantités de matières à éliminer, en prévoyant une pu plusieurs zones inobstruées de pulvéri- sation pour éliminer la masse des grosses impuretés ou particules, en utilisant ensuite une ou plusieurs zones de pulvérisation pariellembostruées pour éliminer les particules plus petites dans l'étage d'humidification, et, finalement, dans les étages de condensation, en em- ployant des jets de gaz à grande vitesse venant frapper sur des chicanes individuelles pour éliminer les parti- cules ou gouttelettes les plus fines formées par l'ac- tion de condensation .
Bes moyens pour débarrasser le gaz épuré des gouttes d'eau assez grosses et pour sécher ce gaz en lui imprimant un mouvement centrifuge, sont également prévus pour offecteur l'opération finale de traitement du gaz dans le présent appareil .
Pour obtenir une pluie fine suffisamment dense à l'aide d'un élément rotatif, tel que celui utilisé dans le premier étage du présent appareil et dans la première phase du procédé, un grand volume de liquide de lavage doit ordinairement passer dans l'élément rota- tif, à moins que le liquide puisse être utilisé à nouveau d'une manière quel conque en le ramenant immédiatement à
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l'élément de pulvérisation, sans avoir à le ramener à l'aide d'une pompe On a donc prévu un moyen pour rame.
ner immédiatement le liquide pulvérisé à l'élément ro- tatif, en assurant de ce fait une remise en circulation du liquide de lavage dans chaque zone de pulvérisation, et, par conséquent, en réduisant très sensiblement le volume de liquide qui doit être envoyé par une pompe dans le pulvérisateur, mais tout en maintenant en même temps la densité requise de la fine pluie . Cette remise en circulation et cette nouvelle pulvérisation du liqui- de sont rendues possibles en utilisant le moment de cette fine pluie pour l'obliger à remonter un passage incliné disposé le long de l'enveloppe, et à revenir, par des rigoles appropriées, dans les jets dont elle provenait Cette opération est effectuée sans avoir à augmenter l'énergie nécessaire pour actionner les ro- tors sans remise en circulation.
Une autre caractéristique nouvelle du présent appareil consiste en un passage obstrué pour les gaz clan la zone de pulvérisation, en combinaison avec un moyen de remise en circulation pour ramener le liquide au pulvérisateur- et permettre au liquide de s'écouler dans le sens contraire à celui du courant de gaz, c'est-à- dire d'une zone de l'appareil à la zone inférieure suivante
Une autre caractéristique de l'appareil con- siste en la combinaison d'une plaque refforée, dans la- quelle les perforations affectent la forme de petites tubes de Venturi et sont disposées en quinconce, et en une chicane affectant la forme d'une grille, de sorte que, immédiatement au-dessus de chaque perfora-
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tion ménagée dans ladite plaque, se trouve placée une surface contre, laquelle fient frapper le gaz,
le passage de ce dernier n'étant toutefois pas entravé après qu'il ait frappé contre ladite surface . Cette combinaison assure la transformation maximum de la pres- sion du gaz, au-dessous de la plaque, en vitesse du gaz à travers les ouvertures, ce qui constitue une disposition idéale pour effectuer l'élimination écono- mique des matières en suspension dans les gaz, en obli.. geant ces derniers à venir frapper contre des éléments ou surfaces .
Une forme de construction d'un appareil pour la réalisation de l'invention est représentée dans le dessin annexé, dans lequel :
La fig, 1 est une coupe verticale de l'appareil perfectionné .
La fig. 2 est une vue de dessus, faite sui- vant la ligne 2-2 de la fig. 1, montrant le dispositif de dispersion du liquide, ainsi que son tuyau d'aliment tation.
La fige 3 est une vue en coupe transversale faite par l'enveloppe, la coupe étant faite suivant la ligne 303 de la fig. 1 .
La fige 4 est une seconde coupe transversale faite par l'enveloppe suivant la ligne 4-4 de la fige 1,-.
La fig. 5 est une troisième coupe transversale faite par l'enveloppe suivant la ligne 5-5 de la fig; l,
La fig. 6 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle, faite par l'enveloppe et par les dispositifs se trouvant dans celui des divers étages de condensation situé le plus bas .
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La fige 7 est une vue en plan suivant la ligne 7-7 de la fige 6 d'une partie des mêmes dispositifs se trouvant dans ledit étage de condensation
La fige. 8 est une vue perspective d'une partie d'un des barreaux de la grille qui porte une série de chicanes décalées :
La fige 9 est une vue en coupe verticale d'une partie d'une des plaques transversales perforées uitli- sées dans les étages de condensation, avec les barreaux de grille et les chicanes disposés au-dessus de ladite plaque transversale perforée .
L'appareil représenté dans le dessin et mon- trant l'invention est du type à colonne, et comprend une enveloppe verticale 10, comportant, à sa base, une tubu- lure évasée 11 d'admission du gaz, et, à sa partie su- périeure, une tubalure évasée 12 de sortie du gaz .
Un arbre central 13 s'étend verticalement dans l'enveloppe, de la base au sommet; ledit arbre est sup- porté, à, sa base, dans une crapaudine 14, et il est re. lié, à sa partie supérieure, par un mécanisme appro- prié, à un moteur 15 qui lui imprime un mouvement de rotation .
Le fond 16 de l'enveloppe est établi de façon à pouvoir contenir une certaine quantité d'eau dans la- quelle les particules d'impuretés et de fumées qui sont éliminées du gaz peuvent se déposer ; tuyau d'évacua- tion 17 s'étend de la base de l'enveloppe jusqu'à un récipient de clarification 18, dans lequel les particule! éliminées sont séparées de l'eau, cette dernière étant ensuite utilisée à nouveau, ainsi qu'il sera décrit plus en détail ci-après
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L'intérieur de l'enveloppe, immédiatement au- dessus de la tubulure d'admission de gaz 11, comporte ce qu'on appelle une zone de pulvérisation non obstruée 19 dans laquelle la masse des impuretés ou des fumées contenues dans le courant de gaz est éliminée .
Bien qu'on ait déjà employé des zones de pu].,. vérisation pour l'épuration du gaz, ces zones, dans tous les cas dont on ait connaissance, ont toujours nécessi- té une dépense excessive d'eau, et comme l'eau doit être chaude de façon à éviter le refroidissement du gaz lors de cette phase du traitement, toute dépense exces- sive d'eaq augmente les frais d'exploitation.
En créant mécaniquement une fine pluie à l'ai- de d'un élément rotatif contenant une paroi perforée à travers laquelle l'eau ou autres liquides sont projetés par action centrifuge, il est évident que la densité de cette fine pluie sera proportionnelle à la vitesse dudit élément, au nombre de perforations ménagées dans la paroi de cet élément, et au volume de liquide pas- sant à travers les perforations par unité de temps, pour toute vitesse donnée .
Pour éliminer les impuretés et les fumées du gaz, il est désirable d'utiliser une fine pluie très dense, de sorte qu'un grand volume de liquide doit pas- ser constamment dans l'élément rotatif, ot, à moins que le liquide soit utilisé à nouveau d'une manière quelcon- que, il en résulte une grande perte .
On a imaginé un ap pareil pour créer une fine pluie très dense en employant un moyen complètement nouveau pour ramener le liquide pulvérisé à l'élément rotatif par lequel il a été pul. vérisé, en effectuant ainsi une remise en circulation du
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liquide de lavage dans chaque zone de pulvérisation, et en réduisant par conséquent sensiblement le volume de liquide qui doit être envoyé d'une source extérieure dans le dispositif de pulvérisation à l'aide d'une pom- pe :
On utilise donc dans les zones de pulvérisa- tion de l' appareil, des moyens nouveaux à l'aide des- quels on réalise une économie considérable dans la quan- tité d'eau employée dans chaque zone, en ce sens qu'on retarde la descente du liquide pulvérisé en recueillant une quantité très importante de ce liquide et en la ra- menant immédiatement au dispositif de pulvérisation, le- quel la projette à nouveau sous la forme d'une fine pluie dans le chemin parcouru par le gaz, de sorte qu'- une quantité appréciable du même liquide est employée plusieurs fois dans chaque zone de pulvérisation avant qu'elle descende dans la zone suivante située immédiat tement au-dessous .
Pour réaliser ce nouveau fonctionnement, on monte un récipient 20 sur l'arbre Rentrai 13 et dans la zone de pulvérisation non obstruée 19 ; récipient présente une paroi annulaire perforée 21 et tourne à une vitesse suffisante pour projeter, sous l'action de la force centrifuge, le liquide tangentiellement sous la forme d'une fine pluie, laquelle traverse le chemin suivi par le courant de gaz qui monte, et vient frapper sur la paroi verticale intérieure de l'envelop pe 10 .
Ce genre de pulvérisation n'est pas nouveau en lui-même, mais avec le pulvérisateur est combiné un n
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autre moyen nouveau à l'aide duquel un partie apprécia- ble de la pluie projetée tangentiellement est recueillie autour do la circonférence intérieure de l'enveloppe et ramenée au pulvérisateur par lequel elle a été proje- tée
Dans le présent cas, de moyen de retour consis te en une ou plusieurs rigoles inclinées 22, supportées par la paroi intérieure de l'enveloppe et comportant des extrémités supérieures 23 qui sont cinLrées et s'écar- tent de la paroi de l'enveloppe pour se rapprocher de 1' arbre centrale de façon à surplomber le bord supérieur 24 de la paroi annulaire 21 du pulvérisateur .
On remarquera que l'arbre 13 et le pulvérisa- teur 20 porté par celui-ci tournent dans le sens des flèches (représentées aux erémités supérieure et infé- rieure dudit arbre 13). tandis que la ou les rigoles 22 sont cintrées et s'étendent suivant une pente autour de la paroi intérieure de l'enveloppe 10, de sorte que la pluie projetée remontera lesdites rigoles inclinées, faisant ainsi avancer le liquide dans les rigoles et m'amenant au-dessus du bord supérieur du pulvérisateur centrifuge .
A l'aide de cette disposition de rigoles, une grande partie du liquide pulvérisé sera ramenée au pu;l- vérisateur 20 par lequel il a été projeté et sera à nou veau pulvérisé par ce dernier, le même liquide étant ainsi utilisé plusieurs fois, ce qui permet de réaliser une économie considérable dans la quantité de liquide nécessaire pour éliminer la masse des impuretés ou fu- mées dans cette première zone de pulvérisation obstruée 19.
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Au-dessus de la zone de pulvérisation non obs- truée 19 sont prévues, dans le présent cas, deux zones de pulvérisation délimitées ou obstruées 25 et 26 res- pectivement .
Les dispositifs, se trouvant dans chacune de ces zones de pulvérisation 25 et 26 sont identiques, et il suffira de donner une description d'une seule série de ces dispositifs .
Dans chacune desdites zones est disposé un pulvérisateur centrifuge 27, qui est fixé à l'arbre cen- tral rotatif 13 et comporte un fond non perforé et une paroi annulaire perforée, ce pulvérisateur étant ouvert à sa partie supérieure comme le pulvérisateur 20 situé au-dessous . Dhacune des zones de pulvérisation 25 et 26 comporte également une rigole.
annulaire 28 s'éten- dant autour de la paroi intérieure de l'enveloppe et dan un plan horizontal, immédiatement au-dessous du pulvé- risateur 27, ainsi qu'une rigole de branchement 29 s'- étendant de la rigole annulaire vers la partie centrale de l'enveloppe et se terminant au-dessus de la partie supérieure ouverte.. du pulvérisateur 27, dans le but qui va être indiqué ci-après .
Des écrans fixes 30 sont combinés avec chaque récipient pulvérisateur 27 dans les zones 25 et 26; ces écrans 30 entourent les récipients pulvérisateurs 27 ët s'étendent horizontalement et transversalement à l'en. veloppe, mais ils sont espacés de la paroi de cette dernière autour de leurs bords circonférentiels exté- rieurs .
Chacun de ces bords extérieurs des écrans fixe!
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présente une collerette annulaire pendante 31, dont le bord inférieur s'étend dans les rigoles annulaires 28 et forme une fermeture hydraulique avec le liquide ;on.. tenu dans ces dernières, afin d'empêcher le gaz de passer sous les collerettes annulaires et de monter à travers les espaces annulaires 32 compris entre les col- lerettes 31 et la paroi de l'enveloppe ,
Dans ces zones de pulvérisation 25 et 26 sont également disposées des rigoles inclinées 33 s'étendant autour de la paroi de l'enveloppe, et dont les extrémi- tés supérieures 34 sont recourbées vers le centre de cette dernière et surplombent les récipients pulvérisa- teurs 27,
afin de dirigear l'eau pulvérisée vers le haut et de la ramener dans les récipients d'où elle a été projetée sous la forme de pluie; on réalise ainsi une économie dans la consommation d'eau, en raison du fait que la même eau est utilisée plusieurs fois .
Dans ces zones 25 et 26, l'eau. est pulvérisée horizontalement à partir des récipients 27 et transver- salement aux écrans fixes 30, à travers lesquels passe le courant de gaz, la montée et la pression de ce gaz empêchant l'eau de descendre à travers les écrans mê- mes .
Dans la partie supérieure de la zone de pulvé- risation 26 et au-dessus du récipient de pulvérisation 27 est disposé un dispositif en forme de cône creux 35, servant à disperser l'eau, et supporté à l'extrémité intérieure d'un tuyau d'amenée d'eau 36, de sorte que l'eau entrant dans ce dispositif 35, par le tuyau 36, reçoit un mouvement de tourbillonnement lorsqu'elle est distribuée dans le récipient de pulvérisation 27 situé au-dessous :
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Le tuyau 36 est raccordé à une pompe 37 qui aspire de l'eau chaude clarifiée contenue dans un ré- servoir 18, et la refoule jusqu'au dispositif 35, d'où.' elle descend graduellement à nouveau à travers les zones 26, 25 et 19, éliminant, lors de sa descente, les im- puretés et les fumées du courant de gaz
Dans le cas où le gaz, lorsqu'il quitte les zones de pulvérisation, ne possède pas l'énergie ther- mique suffisante pour donner le rapport de saturation désiré, cette énergie peut être augmentée à l'aide de vapeur ou d'eau, chaude, projetée sous forme de pluie dans le gaz par un tuyau 38 et contrôlée de préférence par une soupape 39 actionnée par un thermostat :
On remarquera que l'appareil perfectionné com- porte une zone de pulvérisation non obstruée, servant à éliminer la majeure partie des grosses particules d'im- puretés, et suivie par des zones de pulvérisation par- . tiellement obstruées dans le squelles les particules plus petites sont éliminées .
A cette phase de l'opération, le gaz peut en- core contenir de très fines particules d'impuretés ou de fumées en suspension, que ces fines pluies ne peuvent éliminer, et on a trouvé qu'en transformant la pression du gaz en vitesse, en prévoyant une grille et de nom- breuses surfaces contre lesquelles le gaz doit frapper,, sans que son écoulement soit entravé après qu'il a frap- pé contre lesdites surfaces, ces fines particules d'im-
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r: ,. ,.- puretés seront éliminées du gaz lorsque celui-ci vient' frapper contre ces surfaces d'où lesdites particules, peuvent être enlevées par lavage et être entraînées hors
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. 4
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du chemin sujvi par 1 courant de gaz, 8.,Lúè:i.'lJ'il va. dre explique plus en détail ci-après . <> Une forme de dispositif j)(\I.L' 1. f !:J+J(;Lt.:
-n de ce e r é - sultat est représentée 5.0.,,::; le 3.ec)I';':i c,; à,1,.;¯;oi;lu,i.f' est placé r:'11; l'',llaC:la: ¯,ç; 10, au-dessus de 1;..:<;i;<> d(, pu1vé- risation lu .)?JU:3 huutb 26, :iii;::1 qu'ici va :;lJ¯'t.i.:;I'lih:' être L:ί;,!¯1C'tU.t: er. référence mix. i 1. j 16, 7, 8at 9 du dessin . z'!.:'.;:',.'a'7.:':::¯:'.':Y?'(: au-dessus de 12 one de pulvérisation 26 est disposé), UrJ8 7.'if¯C7.J Ll..,GLïG'i.i::ï'3 annulaire e 4 c sup- porté lcu:f 1<:) face Intérieure de la. yc:.r:.:.i ,:le l'enveloppe, et un tuyau 41 s'étenâ travers ladite paroi et débouche dans ladite outti::.l'8 p<a1. évacuer l'eau ou le liquide qui descend d3 :# lL ' <;
n x. e 1 o p p # Ainsi qu'il va 5trc expliqué, la gouttière 40 re- cueille l'eau de rcix'a:a aissc;!,ïc.;n' qui contient les fines particules d'impuretés ou funées éliminées du jgz-z par Calri:;c:t-.1¯C.='1 des vapeurs cOJ.j-.::mo8 dans c ; dernier et par choc, et empêche la majeure partie de l'eau de refroidis- sement de descendre dans les zones de pulvérisation où l'humidification du gaz s'effectue Les vapeurs condensées
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se rassemblent sur le particules d'impuretés et atJ1giJentent leur masse et leur grosseur, formant des gouttelettes qui servent de véhicules pour entraîner les particules d'im-
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puretés,
lorsque ces jouttelettes frappent contre les chicanes décrites ci-après, et par lavage ultérieur d.es chicanes par l'eau de refroidissement arrivant dans la gouttière 40 et évacuée ensuite par le tuyau 41.
les gout- telettes ayant des particules comme centre sont par consé- quant éliminées du courant de gaz et entraînées en suspen- sion dans 1,'eau de refroidissement, et non par préoipita- tion dans ce courant de gazo
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Directement au-dessus de la gouttière 40, à l'intérieur de l'enveloppe 10, il est prévu une ou des plaques 42 présentant des perforations 43 affect forme de petits tubes de Venturi, ces plaques 42 compor tant également une collerette annulaire pendante 44, qui n'est pas perforée et s'étend dans la gouttière 40.
Le diamètre de la ou des plaques 42 est que la collerette 44 est espacée de la paroi de l'enveloppe, afin que l'eau venant de dessus puisse descendra entre cette collerette et la paroi de l'enveloppe comme représenté clairement fig. 6, car on comprendra que la pression du gaz montant à travers les perforations 43 de la plaque empêchera l'eau se trouvant sur le dessus de cette dernière de descendre à travers ces perforatiens (. tions Comme l'eau descend dans la gouttière 40, elle forme une fenneture hydraulique autour de la collerette 44 et empêche le gaz de monter autour de cet dernière Au-dessus de la plaque ou des plaques 42, est disposée une grille 45 comportant des chicanes 46 s'éten dant horizontalement au-dessus des perforations 43 mésgées dans les plaques 42.
mais espacées de ces perforatiens Lorsque le gaz passe à travers leedites perforations, sa pression est transformée en vitesse) et ce gaz prend la forme de jets qui montent à travers l'eau se trouvant au-dessus des plaques 42, point où ,un:, , froidissement se produit et où une nouvelle quantité de vapeurs se condense;
ces vapeurs se condensent sur.-, fines particules d'impuretés et de fumées contenes dans le gaz, obligeant des 'gouttelettes d'eau à se former au- ..:.làllB%E$1
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tour de ces particules comme centres : Lorsque le gaz vient frapper contre les chicanes 46, lesdites goutte. lettes y adhèrent et sont ainsi empêchées de suivre le courant ascendant de gaz, les gouttelettes étant immée diatement entraînées latéralement par l'eau passant autour des chicanes et sur le dessus de la plaque ou des plaques 32.
Au-dessus de la grille 45 est disposé un écran répartiteur 47 supporté par les plaques situées au* dessous et placé juste au-dessus d'une ou plusieurs gouttières de trop-plein 48 : Ces gouttières 48 s'é- tendent vers le bas à partir d'une autre gouttière annu- laire 49 d'une seconde zone de condensation 50 .
Cette dernière zone de condensation ost agencée en principe comme la zone de condensation située au. dessous d'elle, en ce sens qu'elle comporte une ou des- plaques 51, percées de perforations 52 et comportant une collerette annulaire pendante 53 qui s'étend dans la gouttière annulaire 49. Dans cette seconde zone de con- densation 50 est également disposée une grille 54 com- portant des chicanes 55 placées au-dessus des perfora tions 52. de sorte qu' une seconde condensation de va- peurs peut avoir lieu sur les fines particules restant encore dans le gaz et devant être éliminées en venant frapper contré les chicanes 55 et en étant évacuées par l'eau s'écoulant transversalement aux chicanes et aux plaques et se déversant dans la gouttière 49.
Dans cette seconde zone de condensation, la gouttière annulaire 45(est reliée à un tuyau 56, dans le- quel est montée une soupape 57, actionnée par un ther- mostat 58 qui est commandé par la température régnant. dans la¯zone 50.
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Dans la zone 50 est également disposé un écran
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répartiteur 59, qui est supporté par les plaques 51si- tuées au-dessous et reçoit l'eau des gouttières de
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trop8plein 60, qui s'étendent vers le bas à partir une autre gouttière annulaire 61 disposée dans une zone ou étage de condensation supérieure 62.
La gouttière annulaire 61 placée dans la zone ou étage de-condensation 62 situé le plus haut est éga lement reliée à un tuyau 63 dans lequel est monté soupape 64 qui est actionnée par un thermostat 76 pla
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dans la zone 62 i, <É#,µ#%j*
Cette zone de condensation supérieure 62 com- porte également des plaques 65 percées de perfora 66 et pourvues d'une collerette annulaire pendante
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qui siétend dans la gouttière 61 et forme une ferme4ÉlÙ#.<, hydraulique avec le liquide contenu dans cette dernie- re; dans ladite zone 62 sont également disposées jij¯ grilles comportant des chicanes 68 placées' ,
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des perforations 66 4 ;1##)
Un écran répartiteur 69 est également' ' té au-dessus des chicanes dans la zone de condensation.
62, de sorte que le liquide provenant d'un dispos
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de dispersion 70 peut être dirigé latéralement, a des chicanes et des plaques 65 situées au-dessous
Ce dispositif de dispersion 70 reçoit du li-
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quide d'une manière continue d'un tuyau 71 ,jµj#µµµgµµµ Dans cette aono de condensation supél'i' les fines particules restant dans le courant de tgaz sont éliminées et entraînées latéralement doue la form
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gouttelettes ayant des particules pour centres,'
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Lorsque le courant de gaz traverse là z&àfµµ#N# -1' a##:àÎ >
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de condensation supérieure 62, et par suite du choc viol lent du gaz contre les chicanes disposées dans les zones situées au-dessous, des gouttes d'eau assez grosses peuvent rester dans le courant de gaz et être entraînées avec ce dernier .
Pour éliminer ces gouttes d'eau, il est prévu une série d'aubes courbes 72 à travers les: quelles le courant de gaz doit passer, et pendant ce passage du courant de gaz, un mouvement centrifuge lui est imprimé, de sorte que les gouttes d'eau en sont éliminées et ruilsellent sur la paroi de l'enveloppe
On voit donc que suivant la présente invention on fait d'abord passer le gaz à travers des zones non obstruées et obstruées, dans lesquelles les particules les plus grosses d'impuretés sont éliminées et où l'hu- midification s'effectue;
on fait ensuite passer le cou- rant de gaz à travers une série de zones de condensation dans lesquelles les particules les plus fines sont éli- minées par condensation des vapeurs sur les particules et formation de gouttelettes qui maintiennent ces der- ni ères en suspension et empêchent la précipitation, de sorte que les gouttelettes servent de véhicules pour se* parer les particules du courant de gaz, et on évacue ensuite de ce courant les gouttes d'eau qui peuvent avoir été entraînées avec celui-ci .
On remarquera que le liquide de refroidisse. ment utilisé dans les zones de condensation pour élimi- ner les fines particules d'impuretés, est pratiquement évacué en totalité de l'enveloppe au lieu de descendre dans les zones de pulvérisation où le liquide de pulvé- risation chaud est employé et conservé ;
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On a trouvé que, dans la pratique, un appa- reil comportant les caractéristiques énumérées ci dessus assurera un épuration du gaz qui n'a pujusqu'i- ci être obtenue par aucun des procédés ou apparels dont on ait connaissance '. çâ, 5, 2:- REVENDICATIONS 8:0
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Improvements to the procedures and apparatus for gas stripping:
The invention relates to an improved method and apparatus for removing solids and liquids suspended in gases and vapors.
Repeated attempts have been made over a number of years to utilize the phenomenon of condensation in the gas scrubbing loaded with misfires and fumes, but these attempts have only been partially successful.
The Company to request resse found that these repeated failures were not due to the insufficiency of the phenomenon in question, but to the
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lack of experimental evidence which would have indicated to the researcher the nature of the many factors which he had to take into account, or which would have led him to find the desired mode of application and control of the phenomenon of condensation. In many cases involving the wet scrubbing of hot impure gases,
it is to the phenomenon of condensation that we owe a large part of the satisfactory results obtained in eliminating from the gases the solid or liquid particles which are suspended therein if we
The Applicant Company has found a process comprising a means of controlling the phenomenon of condensation, which, together with a suitably established apparatus, is capable of removing industrial gases (such as those released by blast furnaces, ovens. of all kinds, boiler stacks, and the like) of solids or liquids suspended in these gases, and this to a greater degree than can be obtained by any known process.
As the demand for purified gases greatly exceeds the degree of purification obtained hitherto using current methods or processes, the present process is of great importance to industry, as it enables industrial gases the solids or liquids which are in suspension therein, and this to a greater degree than has been possible hitherto and in a simpler and more economical manner in its application.
It is considered useful to discuss here the theory, ad-mii3e --- so far for the cleaning of gases by
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condensation as well as the methods employed for this purpose.
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.i 6 t of the simplest cases that we bridge .3 One of the simplest cases that we can r, .a: meet (that is to say a gaseous body in which, finely divided particles are in suspension) is that in which this gaseous body contains a limited number of analogous particles of equal size and mass; in this case, the difficulty that one will encounter1 in eliminating the particles of this serial gaseous body due mainly to the fact that it would be difficult to reach the few particles which remained in a highly dispersed state after the mass of the particles had been removed.
Unfortunately, these very simple conditions ¯ never occur in the case of industrial gases., And one is forced to consider cases in which an almost infinite number of particles are suspended in the gas and are composed of very different chemicals. , the dimensions of which constitute a whole range of sizes.
In other words, we meet
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be myriads of particles of different substances, existing in myriads of shapes and sizes for each unit volume of raw gas 4 Experience has shown that these particles can be divided into of them.;
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main categories, namely: the hrgrosaôr pique category and the non-hygroscopic category: The first; category contains particles which have and manifest an affinity for water or water vapor, then
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¯ r. "'l.1>," that those of the second category do not have this affi-
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If one cools Tappers or a gas laden with vapors, in which these substances are dispersed, the condensation of the vapors takes place around these bodies as centers, and continuing the cooling of the vapors or gas laden with vapors, drops. Lettes will form around these dispersed substances as centers and increase in volume more and more until the vapors are completely transformed into liquid. In other words, as the cooling of saturated vapors or a mixture of saturated gases and vapors proceeds, the saturation of the vapors is suppressed due to the presence of those surfaces or centers on and around which the vapor co-densification may take place.
As soon as the condensation begins around these nuclei, it continues as the cooling continues, and the droplets originally formed increase in the same way as in the natural formation of rain.
Condensation of the vapors takes place, quite naturally, first on the hygroscopic particles, even if the vapors are in an undersaturated state If rapid cooling occurs, after the dew point of the vapors or the mixture of vapors and saturated gases is reached, the condensation becomes tu- multuous and the larger particles of the two categories become active centers.
The smaller and less hygroscopic particles are the last to receive the condensation vapors, owing to the greater affinity exhibited by the parties. larger cules, as well as their more rapid increase in volume; Normally the quantity or number
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total of the finest particles originally contained in the gas is appreciably reduced in a purification process of this kind
This is easily explained if we study the methods currently used:
Normally, the purified gas is hot, it is loaded with impurities and starch and contains a certain amount of water vapor. In this state, it is brought into direct contact with cold water in the form of jets, fine rain or drops, in sufficient quantity to completely cool the gas. The gas is rapidly cooled to a temperature. below its dew point and a tumultuous condensation of the vapors it contains occurs simultaneously around the two categories of particles and. drops of cooling water. The larger particles, which can easily be removed by other means, serve first as condensation centers and, therefore,
they receive most of the vapors before leaving the gas stream
The smaller particles, as well as. the very fine droplets, remain in the gas stream and continue to increase in volume throughout the cooling operation, or as long as '' vapors are condensed, at the expense of the smaller and lesser nuclei. Finally, innumerable particles remain in suspension in the gas stream as originally. They were partially charged with water for the reason that we never have, at any time,
sufficient quantity of vapors so that the infinite number of mowing particles
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sizes and kinds increase in volume enough and become heavy enough to fall by gravity, or other negligible forces, out of the rapidly moving gas stream.
No precaution has been taken up to now to conserve the primitive thermal energy in the gas, or to obtain the humidification of the gas by transforming all the sensible heat into latent heat of vaporization, in order to increase the amount of vapors the gas may contain. No attempt has ever been made to rid the gas of the large mass of rather large particles which are in suspension therein, before allowing the condensation of the vapors to take place.
In wet gas cleaning, the Applicant Company has found that there is an appreciable difference in the final gas cleaning depending on how the gas is cooled. This is due in part.
related to the variation in the vapor content of the gas, which is easily modified by the cooling mode employed
The current procedure is to subject the hot gas to the action of a sufficient quantity of cold water to lower the temperature of the gas to about the original temperature of water. In this case, there is little chance of increasing the initial vapor content of the gas, for the reason that the cooling water must first be heated by the gas, to bring it to a temperature at which l evaporation can proceed as quickly as the heat is removed from the gas by absorption. In addition, as an excess of cooling water
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is generally used, a high water temperature is not reached, and consequently the evaporator *.,
tion is reduced to a minimum: In addition, the cooling water increases in temperature from its initial contact until its final contact with the gas. This is another indication that the maximum evaporation is not reached for the reason that the - evaporation being brought to a maximum, the temperature of the water would not increase any more, but would be constant at a certain point of the cooling system 1 This shows that, as the heat is absorbed from the phaud gas by water, it is immediately brought back to gas in the form of latent heat of water vapor, the latter being given up by water
The present invention completely modifies the current methods, indicated above, for treating gases of this kind containing suspended particles,
because the gas is subjected to two distinctly different modes of treatment. In the first phase of the purification, it is sought to obtain the maximum transformation of sensible heat of the gas into latent heat of vaporization, in order to increase the vapor content of the gas as much as possible with the aid of the gas. own gas heat,.
This is achieved by subjecting the gas to intensive washing with hot water which is recirculated, and, therefore, is maintained at its highest temperature determined by the sum of heat. gas admitted. We do not leave the large mass te of water required for the final cooling of the gas -
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come into contact with the latter during the humidification operation If, after this treatment, the gas contains an insufficient quantity of vapors to carry out the desired degree of purification during the condensation operation, the content is increased in vapors by injecting steam into the gas, quan.
Larger hot water units in the above treatment, with hot water from an outside source.
Simultaneously with the humidification of the gas, an attempt is made to rid the latter of all particles of suspended matter, except the finest, these half * res being removed by the vapors contained in the gas, during the subsequent treatment of the gas.
With regard to the next step of the present process, which is to cool the gas and remove the vapors and suspended particles by condensation, the accepted theory should be discussed again in order to make some of the new features clear.
In the case of two thermal reactors. For example, a hot body radiating heat and a cold body absorbing heat, the greatest heat transmission from the first body to the second takes place when their temperature difference is greatest, and The rate of heat transmission decreases as this temperature difference decreases.
Accordingly, in the case of cooling a hot gas containing supersaturated vapors, the greatest condensation of vapors occurs simultaneously with the initial drop in temperature of the gas-vapor mixture, firstly, because the content
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vapor per degree of temperature is greater, and secondly, for the reason that the greatest drop in temperature of such a mixture occurs in the early stages of any natural cooling process.
In view of the above, it will easily be understood that if the hot gas laden with impurities and vapors comes into contact, even indirectly, with a cooling agent, in sufficient quantities to effect the final cooling of the gas laden with vapors. , and, if the gas contains suspended particles of various sizes, which undoubtedly is the case, then the greatest drop in temperature occurs during the initial contact between the gas-vapor mixture and the coolant , and with it occurs the greatest loss of vapors available by condensation These vapors condense on the most active centers, that is to say the most hygrous copic and the most important, leaving only a small quantity of vapors for them. most and smallest particles.
Further, it is understood that not all particles require the same amount of vapors to be condensed on themselves in order to determine sufficient increase in volume or weight so that they can be easily removed from the chamber. mass of gas by means other than gravity.
Contrary to this natural phenomenon, the Applicant Company proposes an attificial phenomenon which consists of: distributing the quantity of vapor stored among the particles remaining in suspension
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in phases or stages, and in order of particle size
By doing so, one can exercise absolute control over the rate of vapor dissipation, or temperature drop, during the cooling and condensing process. This also involves controlling the rate and magnitude of the volume increase of the different party sizes. cules in suspension, as the vapors condense on them.
This result is obtained by reversing the natural order of the cooling of the gas-vapor mixture, by thermostatic control of the temperature of the mixture, stage by stage, to determine the smallest drop in temperature of the mixture in the first. stage and ensure equal or decreasing degrees of temperature reduction in the subsequent cooling stages.
This operation, as explained in part above, is intended to compensate for the difference in the amount of vapors available which would condense per degree of temperature drop, at high temperature ranges, and the small amount of vapors which would condense by degree of temperature drop, at low temperature ranges, and furthermore, make available increasing amounts of vapors for successive kinds of suspended particles which are in increasing numbers and decreasing sizes.
Often, uncleaned raw gas does not initially contain a sufficient quantity
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of vapors to obtain the desired degree of purification, as a result of a disproportionate number of very fine particles, excessively large amounts of hygroscopic particles or other conditions that cannot be controlled In this case, the amount of vapors contained in the gas must be increased by resorting to an external source, using a means such as injection of steam into a gas. over their floors, or by employing hot water from an outside source, as mentioned earlier.
In order to make the process efficient and time saving from the point of view of its implementation, despite the defective conditions mentioned above 'the raw gas must first be completely washed' to minimize the number of particles. of the two categories indicated and thus prevent them from taking up unnecessarily a large part of the vapors from the condensation stages.
As a result of prolonged experiments and observations, the Applicant Company has found that fine showers of water or jets of water alone, either fixed or rotating, are completely ineffective in ridding the gas laden with impurities. and smoke to the desired degree to ensure the most economical implementation of. present process
According to the invention, the suspended particles are prevented from being "precipitated" in a stream of gas with the condensed liquid, but their increase in volume is interrupted at intervals, by temporarily stopping the cooling and the condensation of the vapors, and they are stopped. removes the droplets from the current
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gas.
This operation ensures that no amount of vapors is condensed on the droplets having impurities such as crystals which have grown to the desired size so that they can be easily removed, and, in addition, it allows particles of Immediately weaker in the series become in turn the active centers: 'for the condensation and the increase in volume in the next condensation stage
To remove the droplets from the gas stream, they are mainly struck against suitable organs, although other factors also come into play.
The gas is forced to pass through a number of small diameter openings, in the form of Venturi tubes, which transform the gas pressure. quickly; these gas jets having a considerable speed, then cross a body of water where a meeting of droplets takes place, and strike against a certain number of small baffles arranged just above each of the small openings. which is very violent, because of the speed, causes the droplets to adhere to wet surfaces and to be entrained in the body of water flowing over the openings, The shock of the gas against the body of water eliminates some of the droplets, but the water has the property of moving away from rapidly flowing gas streams,
does not provide such an effective impact surface as the rigid baffles placed over the small openings.
As indicated above, the process is to
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preferably divided into two distinct phases, and special apparatus is shown in the drawing for carrying out this process. Under certain conditions, it might be preferable to carry out the process in several apparatuses, but for simplicity a single apparatus has been shown.
As special apparatus is required in order to obtain the best results from said process, some of its general characteristics will be briefly indicated before being specifically described.
For the preliminary treatment of the flue gases in the process humidification operation, very intense washing with fine mechanically produced rains is desirable as the first operation, since most of the coarse particles of foreign matter in The suspension can therefore be easily removed from the gas, and the tendency of foreign matter to settle in successive stages of the apparatus is therefore reduced.
After removing the mass of impurities or fumes with the aid of a fine dense rain, it is possible to increase the efficiency of the apparatus considerably by forcing the gas to strike on suitable surfaces through which the the finest particles of suspended matter are separated from the gas and then removed by the washing liquid: However, unless the mass of the impurities is removed by a fine rain without encountering any obstacles. an arrangement of baffles suitable for capturing the most
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fines will be quickly rendered useless as a result of too great a deposit of heavy particles, which will consequently determine the shutdown of the apparatus.
Consequently, with the present apparatus, means are combined for washing the gas, in order to obtain the gradual elimination of suspended matter, by choosing the means acting as baffles in view of the nature and quantities of matter to be eliminated, in providing one or more unobstructed spray areas to remove the bulk of coarse impurities or particles, then using one or more pariellembostrous spray areas to remove smaller particles in the humidification stage, and ultimately in the condensing stages, employing high velocity gas jets striking individual baffles to remove the finest particles or droplets formed by the condensing action.
Bes means for ridding the purified gas of large enough drops of water and for drying this gas by imparting a centrifugal movement to it, are also provided to offector the final gas treatment operation in the present apparatus.
To obtain sufficiently dense fine rain using a rotating element, such as that used in the first stage of the present apparatus and in the first stage of the process, a large volume of washing liquid must ordinarily pass through the element. rotating, unless the liquid can be used again in some way by immediately returning it to
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the spraying element, without having to bring it back with the aid of a pump. A means for rowing has therefore been provided.
Immediately feed the sprayed liquid to the rotating element, thereby ensuring recirculation of the washing liquid in each spray zone, and therefore very substantially reducing the volume of liquid which must be sent by a pump in the sprayer, but at the same time maintaining the required density of the fine rain. This recirculation and this new spraying of the liquid are made possible by using the moment of this fine rain to force it to go up an inclined passage arranged along the casing, and to return, through appropriate channels, in the jets from which it came This operation is carried out without having to increase the energy required to actuate the rotors without recirculation.
Another novel feature of the present apparatus is an obstructed passage for gases in the spray area, in combination with recirculation means to return the liquid to the sprayer and allow the liquid to flow in the opposite direction. that of the gas stream, i.e. from one zone of the apparatus to the next lower zone
Another feature of the apparatus consists of the combination of a refforated plate, in which the perforations take the form of small Venturi tubes and are staggered, and a baffle affecting the shape of a grid. , so that immediately above each perfora-
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tion formed in said plate, there is placed a surface against which to strike the gas,
the passage of the latter not however being impeded after it has struck against said surface. This combination ensures the maximum transformation of the gas pressure, below the plate, into the gas velocity through the openings, which is an ideal arrangement for effecting the economical removal of suspended solids in the plates. gas, in oblivion .. geant the latter to strike against elements or surfaces.
One form of construction of an apparatus for carrying out the invention is shown in the accompanying drawing, in which:
Fig, 1 is a vertical section of the improved apparatus.
Fig. 2 is a top view, taken along line 2-2 of FIG. 1, showing the liquid dispersion device, as well as its supply pipe.
Fig 3 is a cross-sectional view taken through the casing, the section being taken along line 303 of FIG. 1.
Fig 4 is a second cross section made by the casing along line 4-4 of Fig 1, -.
Fig. 5 is a third cross section taken through the casing taken along line 5-5 of FIG; l,
Fig. 6 is a cross-sectional view on a larger scale, taken by the casing and by the devices located in the one of the various condensing stages located lowest.
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Fig 7 is a plan view along line 7-7 of Fig 6 of part of the same devices located in said condensing stage
The freeze. 8 is a perspective view of part of one of the bars of the grid which carries a series of offset baffles:
Figure 9 is a vertical sectional view of part of one of the perforated transverse plates used in the condensation stages, with the grid bars and the baffles disposed above said perforated transverse plate.
The apparatus shown in the drawing and showing the invention is of the column type, and comprises a vertical casing 10, comprising, at its base, a flared gas inlet pipe 11, and, at its part. upper, a flared gas outlet pipe 12.
A central shaft 13 extends vertically in the envelope, from the base to the top; said tree is supported, at its base, in a slider 14, and it is re. linked, at its upper part, by a suitable mechanism, to a motor 15 which gives it a rotational movement.
The bottom 16 of the casing is established so as to be able to contain a certain quantity of water in which the particles of impurities and fumes which are removed from the gas can settle; drain pipe 17 extends from the base of the casing to a clarification vessel 18, in which the particles! removed are separated from the water, the latter then being used again, as will be described in more detail below
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The interior of the casing, immediately above the gas inlet manifold 11, has a so-called unobstructed spray zone 19 in which the mass of impurities or fumes contained in the gas stream is eliminated.
Although we have already used pu].,. verisation for gas purification, these zones, in all the cases known to us, have always required an excessive expenditure of water, and since the water must be hot so as to avoid the cooling of the gas during In this phase of treatment, any excessive EAQ expenditure increases operating costs.
By mechanically creating a fine rain with the aid of a rotating element containing a perforated wall through which water or other liquids are projected by centrifugal action, it is evident that the density of this fine rain will be proportional to the speed of said element, to the number of perforations made in the wall of this element, and to the volume of liquid passing through the perforations per unit of time, for any given speed.
To remove impurities and fumes from the gas, it is desirable to use a very dense fine rain, so that a large volume of liquid must constantly pass through the rotating element, ot, unless the liquid is used again in any way, a great loss results.
A device has been devised to create a very dense fine rain by employing a completely new means of bringing the sprayed liquid back to the rotating element by which it has been sprayed. verified, thereby re-circulating the
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washing liquid in each spray zone, and therefore significantly reducing the volume of liquid that must be sent from an external source into the spray device using a pump:
New means are therefore used in the spraying zones of the apparatus, with the aid of which a considerable saving is made in the quantity of water employed in each zone, in the sense that it is delayed. the descent of the sprayed liquid collecting a very large quantity of this liquid and immediately returning it to the spraying device, which throws it again in the form of a fine rain in the path traveled by the gas, to so that an appreciable amount of the same liquid is used several times in each spray zone before it descends into the next zone immediately below.
To achieve this new operation, a container 20 is mounted on the Return shaft 13 and in the unobstructed spraying zone 19; container has a perforated annular wall 21 and rotates at a speed sufficient to project, under the action of centrifugal force, the liquid tangentially in the form of a fine rain, which crosses the path followed by the rising gas stream, and hits the interior vertical wall of the envelope pe 10.
This kind of spraying is not new in itself, but with the sprayer is combined a n
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another new means by means of which an appreciable part of the rain thrown tangentially is collected around the inner circumference of the casing and returned to the sprayer by which it was thrown
In the present case, the return means consists of one or more inclined channels 22, supported by the inner wall of the casing and having upper ends 23 which are arched and separate from the wall of the casing. to approach the central shaft so as to overhang the upper edge 24 of the annular wall 21 of the sprayer.
It will be noted that the shaft 13 and the sprayer 20 carried by the latter rotate in the direction of the arrows (shown at the upper and lower edges of said shaft 13). while the channel or channels 22 are curved and extend along a slope around the inner wall of the casing 10, so that the sprayed rain will rise up said inclined channels, thus advancing the liquid in the channels and bringing me above the top edge of the centrifugal sprayer.
By means of this arrangement of channels, a large part of the sprayed liquid will be returned to the pu; the verifier 20 by which it was thrown and will be sprayed again by the latter, the same liquid being thus used several times, which makes it possible to achieve a considerable saving in the quantity of liquid necessary to eliminate the mass of impurities or fumes in this first blocked spray zone 19.
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Above the unobstructed spray zone 19 are provided, in this case, two delimited or obstructed spray zones 25 and 26, respectively.
The devices located in each of these spray zones 25 and 26 are identical, and it will suffice to give a description of a single series of these devices.
In each of said zones is disposed a centrifugal sprayer 27, which is fixed to the rotating central shaft 13 and comprises a non-perforated bottom and a perforated annular wall, this sprayer being open at its upper part like the sprayer 20 located at the bottom. below. Each of the spray zones 25 and 26 also has a gutter.
annular 28 extending around the inner wall of the casing and in a horizontal plane, immediately below the sprayer 27, as well as a branch channel 29 extending from the annular channel towards the bottom. central part of the casing and terminating above the open upper part of the sprayer 27, for the purpose which will be indicated below.
Fixed screens 30 are combined with each spray container 27 in zones 25 and 26; these screens 30 surround the spray containers 27 and extend horizontally and transversely to the. veloppe, but they are spaced from the wall of the latter around their outer circumferential edges.
Each of these outer edges of the screens fixed!
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has a pendant annular flange 31, the lower edge of which extends into the annular channels 28 and forms a hydraulic seal with the liquid; it is held in the latter, in order to prevent gas from passing under the annular flanges and from fit through the annular spaces 32 between the collars 31 and the wall of the casing,
In these spray zones 25 and 26 are also disposed inclined channels 33 extending around the wall of the casing, the upper ends 34 of which are curved towards the center of the latter and overhang the spray containers. 27,
in order to direct the sprayed water upwards and to bring it back into the receptacles from which it was projected in the form of rain; there is thus a saving in water consumption, due to the fact that the same water is used several times.
In these zones 25 and 26, water. is sprayed horizontally from the vessels 27 and transversely to the fixed screens 30, through which the gas stream passes, the rise and pressure of this gas preventing the water from descending through the screens themselves.
In the upper part of the spray zone 26 and above the spray container 27 is arranged a device in the form of a hollow cone 35, for dispersing the water, and supported at the inner end of a hose. supply 36, so that the water entering this device 35, through the pipe 36, receives a swirling movement when it is distributed into the spray container 27 located below:
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The pipe 36 is connected to a pump 37 which sucks in hot clarified water contained in a tank 18, and delivers it to device 35, from where. it descends gradually again through zones 26, 25 and 19, eliminating, during its descent, impurities and fumes from the gas stream
In the event that the gas, when it leaves the spray zones, does not have sufficient thermal energy to give the desired saturation ratio, this energy can be increased with the aid of steam or water, hot, projected in the form of rain in the gas by a pipe 38 and preferably controlled by a valve 39 actuated by a thermostat:
It will be appreciated that the improved apparatus has an unobstructed spray zone, serving to remove most of the large dirt particles, and followed by by spray zones. So much clogged in the body the smaller particles are eliminated.
At this stage of the operation, the gas may still contain very fine particles of impurities or fumes in suspension, which these fine rains cannot eliminate, and it has been found that by transforming the pressure of the gas into a speed. , by providing a grid and numerous surfaces against which the gas must strike, without its flow being impeded after it has struck against said surfaces, these fine particles of impor-
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r:,. , .- purities will be removed from the gas when the latter strikes against these surfaces from which said particles can be washed away and be carried away.
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of the path sujvi by 1 current of gas, 8., Lúè: i.'lJ'il goes. dre explains in more detail below. <> A form of device j) (\ I.L '1.f!: J + J (; Lt .:
-n of this result is shown 5.0. ,, ::; the 3.ec) I ';': i c ,; at, 1,.; ¯; oi; lu, i.f 'is placed r: '11; l '', llaC: la: ¯, ç; 10, above 1; ..: <; i; <> d (, pu1verization lu.)? JU: 3 huutb 26,: iii; :: 1 that here goes:; lJ¯'ti: ; I'lih: 'be L: ί;,! ¯1C'tU.t: er. mix reference. i 1.j 16, 7, 8at 9 of the drawing. z '!.:'.;: ',.' a'7.: '::: ¯:'. ': Y?' (: above 12 one spray 26 is arranged), UrJ8 7. ' if¯C7.J Ll .., GLïG'i.i :: ï'3 annular e 4 c supported lcu: f 1 <:) inner face of the. yc: .r:.:. i,: the casing, and a pipe 41 extends through said wall and opens into said outlet ::. the 8 p <a1. evacuate the water or the liquid which descends d3: # lL '<;
n x. e 1 opp # As will 5trc explained, the gutter 40 collects the water from rcix'a: aissc;!, ïc.; n 'which contains the fine particles of impurities or funerals eliminated from the jgz- z by Calri:; c: t-.1¯C. = '1 of the vapors cOJ.j-.::mo8 in c; last and by shock, and prevents most of the cooling water from descending into the spray zones where the gas humidification takes place Condensed vapors
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collect on the impurity particles and attJ1giJent their mass and size, forming droplets which serve as vehicles to entrain the impurity particles.
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purities,
when these joutlets strike against the baffles described below, and by subsequent washing d.es baffles by the cooling water arriving in the gutter 40 and then discharged through the pipe 41.
the droplets having particles as a center are therefore removed from the gas stream and entrained in suspension in the cooling water, and not by precipitation in this gas stream.
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Directly above the gutter 40, inside the casing 10, there is provided one or more plates 42 having perforations 43 in the form of small Venturi tubes, these plates 42 also comprising a pendant annular collar 44 , which is not perforated and extends into the gutter 40.
The diameter of the plate (s) 42 is that the flange 44 is spaced from the wall of the envelope, so that water coming from above can descend between this flange and the wall of the envelope as clearly shown in fig. 6, since it will be understood that the pressure of the gas rising through the perforations 43 of the plate will prevent the water on top of the latter from descending through these perforations (. As the water descends into the gutter 40, it forms a hydraulic fenneture around the flange 44 and prevents the gas from rising around the latter.Above the plate or the plates 42, there is a grid 45 comprising baffles 46 extending horizontally above the perforations 43 mésgées in plates 42.
but spaced from these perforators When the gas passes through said perforations, its pressure is transformed into speed) and this gas takes the form of jets which rise through the water lying above the plates 42, point where, a: ,, colding occurs and where a new quantity of vapors condenses;
these vapors condense on -, fine particles of impurities and fumes contained in the gas, causing water droplets to form at the - ..:. llB% E $ 1
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turn of these particles as centers: When the gas strikes against the baffles 46, said drop. The droplets adhere thereto and are thus prevented from following the upward flow of gas, the droplets being immediately laterally entrained by the water passing around the baffles and over the top of the plate or plates 32.
Above the grid 45 is disposed a distribution screen 47 supported by the plates located below and placed just above one or more overflow gutters 48: These gutters 48 extend downwards. from another annular gutter 49 of a second condensation zone 50.
This last condensation zone is arranged in principle like the condensation zone located at. below it, in the sense that it comprises one or more plates 51, pierced with perforations 52 and comprising a pendant annular flange 53 which extends into the annular channel 49. In this second condensation zone 50 is also disposed a grid 54 having baffles 55 placed above the perforations 52. so that a second condensation of vapors can take place on the fine particles still remaining in the gas and having to be removed by impinging. countered by the baffles 55 and being evacuated by the water flowing transversely to the baffles and to the plates and flowing into the gutter 49.
In this second condensation zone, the annular gutter 45 (is connected to a pipe 56, in which is mounted a valve 57, actuated by a thermostat 58 which is controlled by the temperature prevailing in the zone 50.
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In zone 50 there is also a screen
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distributor 59, which is supported by the plates 51 located below and receives water from the gutters of
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trop8plein 60, which extend downward from another annular gutter 61 disposed in an upper condensing zone or stage 62.
The annular gutter 61 placed in the highest condensing zone or stage 62 is also connected to a pipe 63 in which is mounted a valve 64 which is actuated by a thermostat 76.
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in zone 62 i, <É #, µ #% j *
This upper condensation zone 62 also comprises plates 65 pierced with perforations 66 and provided with a pendant annular collar.
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which lies in the gutter 61 and forms a firm4ÉlÙ #. <, hydraulic with the liquid contained in the latter; in said zone 62 are also arranged jij¯ grids comprising baffles 68 placed ',
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perforations 66 4; 1 ##)
A distributor screen 69 is also fitted above the baffles in the condensing zone.
62, so that the liquid from a device
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dispersion 70 can be directed laterally, has baffles and plates 65 located below
This dispersing device 70 receives liquid
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quide in a continuous manner of a pipe 71, jµj # µµµgµµµ In this aono of condensation supél'i 'the fine particles remaining in the tgas stream are eliminated and entrained laterally through the form
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droplets having particles as their centers, '
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When the gas flow crosses there z & àfµµ # N # -1 'a ##: àÎ>
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of upper condensation 62, and as a result of the slow shock shock of the gas against the baffles arranged in the zones situated below, rather large drops of water can remain in the gas stream and be entrained with the latter.
To remove these drops of water, a series of curved vanes 72 is provided through which the gas stream must pass, and during this passage of the gas stream, a centrifugal movement is imparted to it, so that the drops of water are removed and rub off on the wall of the casing
It can therefore be seen that according to the present invention the gas is first made to pass through unobstructed and blocked zones, in which the largest particles of impurities are removed and where humidification takes place;
the gas stream is then passed through a series of condensation zones in which the finest particles are removed by condensation of the vapors on the particles and the formation of droplets which keep the latter in suspension and prevent precipitation, so that the droplets act as vehicles for separating particles from the gas stream, and any drops of water which may have been entrained therewith are then discharged from this stream.
Note that the coolant. used in the condensation zones to remove fine particles of impurities, is practically completely evacuated from the casing instead of descending into the spray zones where the hot spray liquid is used and stored;
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It has been found that, in practice, an apparatus having the characteristics enumerated above will provide gas purification which has not heretofore been obtained by any of the known processes or apparatus. çâ, 5, 2: - CLAIMS 8: 0
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