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Procédé et dispositif pour le traitement de mélanges gaz,
Le but de la présente invention est de traitera mélange gazeux de telle façon qu'une partie aussi grande possible devienne utilisable à des fins diverses.
Une des causes usuelles, qui rendent une partie mélange gazeux pratiquement inutilisable, est la suivant, Beaucoup de mélanges gazeux, fabriqués ad hoc, ou obtenu, comme sous-produit, sont d'une composition variant au co@ de leur production. Ils contiennent souvent pendant cert. périodes de leur production des constituants, parfaitemei admissibles dans certaines utilisations, mais inadmissib. dans d'autres.
Si on veut se passer de tout traitement s; cial du mélange gazeux, ou éviter un dédoublement éventu., de l'installation, il faut rejeter toute la partie de la duction du mélange gazeux contenant les constituants ind,
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bles pour certaines utilisations, et n'utiliser que le gaz produit.pendant les périodes au cours desquelles les consti- tuants indésirables ne sont pas présents dans le mélange ga- zeux en quantités appréciables. On peut éviter le rejet, dû à cette cause, d'une partie du mélange gazeux, en fractionnant ce mélange en deux, ou plusieurs fractions, chaque fraction ayant la composition compatible avec son utilisation.
Une autre des causes usuelles, qui rendent une partie d'un mélange gazeux pratiquement inutilisable, est la non- conformité de la courbe des quantités utilisées en fonction du temps, avec la courbe des quantités produites en fonction du temps, due, soit aux variations du débit de la production, soit aux variations du débit de la consommation. Chaque fois que le débit de la production dépasse le débit de la consomma- tion, il en résulte le rejet d'une partie du mélange gazeux produit. On peut éviter le rejet, dû à cette cause, d'une par- tie appréciable du mélange gazeux en accumulant temporairement l'excès de la production à l'état gazeux, mais, si le décalage des courbes est important, cette solution peut devenir onéreu- se.
Le problème devient particulièrement ardu si les deux causes précitées agissent à la fois. La présente inven- tion permet d'éviter, dans presque tous les cas se présentant dans la pratique, le rejet d'une partie considérable du mé- lange gazeux produit, et remporte d'autres avantages impor- tants.
La présente invention concerne un procédé de frac- tionnement d'un mélange gazeux, ---fractionnement simple ou réitéré, --- combiné avec un procédé d'accumulation d'un cons- tituant principal à l'état liquide, --- ou d'accumulation sé- parée de plusieurs constituants à l'état liquide, --- et un procédé de soutirement des fractions à l'état gazeux, ainsi
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qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention se rapporte à des mélanges gazeux, soumis à des pressions totales appropriées, peuvent se d =--l'équilibre thermique étant établi , --- en une phase zeuse et une phase liquide, co-existantes, le cas limite le mélange gazeux est un mélange azéotrope ou un corps p étant inclus dans le procédé.
Le procédé consiste, dans sa forme d'exécution plus simple: premièrement, à mettre en contact, dans un organe d'abso tion, le mélange gazeux, comprimé si nécessaire, et abai la température la plus appropriée, avec la masse du cons tuant principal déjà liquéfié, ce qui provoque l'absorption d'une grande partie, - limite, de la totalité, --- du constituant principal dui gazeux par le constituant principal déjà liquéfié, la ch d'ahsorption étant absorbée par le constituant principal liquéfié, grâce à la capacité calorifique de celui-ci, c apport de chaleur augmentant la température et corrélati la tension de vapeur du liquide, qt fractionne le mélange gazeux en deux fractions, tuellement préliminaires, la première, --- la phase liqu:
composée du constituant principal liquéfié, et d'un peu autres gaz dissous dans le constituant principal liquide deuxième, --- la phase gazeuse, consistant du constituan principal resté gazeux, et des autres gaz restés gazeux, ment concentrés par l'élimination d'une grande partie du tituant principal du mélange gazeux primitif, --- la var: de concentration tendant vers zéro, si le mélange origin: azéotrope, et étant nulle s'il s'agit d'un corps pur, toi première fraction, ou la deuxième fraction, pouvant être;
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limite, nulle, si l'autre fraction comprend la totalité des masses introduites; deuxièmement, à séparer la phase liquide de la phase gazeuse en transvasant, de façon continue ou intermittente, le cons- tituant principal liquide de l'organe d'absorption dans un évaporateur ;
troisièmement, à soutirer de l'organe d'absorption la deuxiè- me fraction à l'état gazeux, qui, dans le cas limite où il s'a git d'un mélange azéotrope ou d'un corps pur, peut être n'im- porte quelle partie des gaz soutirés, le tout ou rien; quatrièmement, à évaporer dans l'évaporateur une partie de la masse liquide du constituant principal, formant la première fraction, qui est ainsi obtenue également à l'état gazeux, la chaleur d'évaporation étant.empruntée à la masse du consti- tuant principal resté liquide, qui par cette soustraction de chaleur se refroidit, la tension de vapeur s'abaissant corré- lativemeht., cette première fraction pouvant être n'importe quelle partie des gaz soutirés, le tout ou rien dans le cas où il s'agit d'un mélange azéotrope ou d'un corps pur ;
cinquièmement, à ramener la masse du constituant principal restée liquide dans l'organe d'absorption; sixièmement, à ne soutirer d'abord qu'une quantité de gaz ré- duite, par exemple par manque d'utilisation immédiate, de façon que le mélange gazeux introduit dans l'organe d'absorp- tion excède la somme des quantités des deux fractions sou- tirées à l'état gazeux, auquel cas la masse liquide du consti- tuant principal augmente en poids, en température, et corréla- tivement en pression, le surplus de masse étant accumulé dans un réservoir accumulateur, le bas de l'absorbeur, ou le bas de l'évaporateur pouvant également remplir cette fonction ;
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septièmement, à augmenter ensuite la quantité des gaz sou tirés de façon que la quantité de mélange gazeux introduj dans l'organe d'absorption soit inférieure à la somme de; quantités des deux fractions soutirées à l'état gazeux, auquel cas la masse liquide du constituant principal dimj nue en poids, en température, et corrélativement en pres- sion, le déficit de masse étant puisé dans le réservoir- accumulateur, ou les appareils remplissant sa fonction.
La mise en contact du mélange gazeux avec le coi tituant principal déjà liquéfié, peut se faire en épandai au moins une partie du liquide sur des corps de remplisse offrant une grande surface, et placés dans un absorbeur, dans lequel on introduit le mélange gazeux. Cette mise en contact peut aussi se faire en insufflant le mélange gaz@ dans au moins une partie du constituant principal déjà 1: quéfié.
Le transvasement du constituant principal liqui' de l'organe d'absorption dans un évaporateur, d'où. il es remené vers l'organe d'absorption, peut se faire en util: sant l'énergie du mélange gazeux, par exemple en accéla- rant ce mélange gazeux dans une tuyère par sa propre pre sion, et à lui faire entraîner par son mouvement le liqui auquel il se mélange dans une trompe, qui travaille comm un éjecteur. L'effet du diffuseur de la trompe peut être augmenté par l'absorption d'une partie du constituant pr cipal gazeux contenu dans le mélange gazeux, par le cons tuant principal déjà liquéfié, auquel cas la trompe fonc tionne comme un injecteur.
Enfin, si le diffuseur de la trompe est dirigé vers le haut, les bulles de mélange ga zeux entraînent dans leur ascension le liquide dans lequ elles sont insufflées; la trompe fonctionne donc comme u pompe Mammouth. Il est utile que la circulation du liquide
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aussi intense que possible, dans le but de maintenir la tem- pérature aussi uniforme que possible.
De la description du procédé de base il ressort que, d'une part, la chaleur d'absorption est communiquée au sys- tème thermique même et ne doit pas être refoulée dans l'am- biance,et que, d'autre part, la chaleur d'évaporation est empruntée au système thermique même, et ne doit pas être four- nie par l'ambiance, les échanges de chaleur se faisant par contact direct de la phase gazeuse avec la phase liquide, et non pas à travers des parois métalliques, ce qui réduit les chutes de température dues à la transmission de chaleur, et par là l'augmentation de l'entropie du système, et simplifie considérablement l'appareillage.
Les gaz entrent dans le dispositif à l'état gazeux, et ils en sortent également à l'état gazeux, entre deux au moins un des constituants, qui peut être une solution, et à la limite un mélange azéotrope ou un corps pur, est accumulé à l'état liquide. Aucun échange de chaleur important n'ayant lieu avec l'ambiance, la température moyenne de la masse li- quide peut être très basse, et corrélativement la tension de vapeur moyenne. On obtient donc l'avantage de l'accumulation à l'état liquide, sans devoir comprimer fortement le mélange gazeux, ou sans devoir le refroidir par un agent extérieur, ce qui revient au même thermiquement. Pour abaisser la températu- re du mélange gazeux à celle régnant dans l'organe d'absorption, on peut le refroidir en contre-courant par les gaz sortant du dispositif.
En régime varié le débit soutiré n'égale pas le débit amené au dispositif, il est donc utile d'intercaler, le cas échéant, entre les flux en contre-courant un volant thermique régénérateur, tel que de la saumure, un cryostat, des corps de remplissage, plongés soit dans les courants ga-
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zeux, soit dans un liquida i:
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L?évaporation se faisant presqu'instantanément, tirement à débit momentanément très intense est admissible les excès des prélèvements de gaz sur le débit du gaz amen dispositif sont grands pendant une durée prolongé, on peut soulager la capacité calorifique du constituant principal de, faire appel à d'autres capacités calorifiques incorpoi dans le système, telles que des corps de remplissage mis c l'évaporateur, le réservoir-accumulateur, ou l'absorbeur, dont la grande surface totale assure des échanges de chale rapides, ou bien un fluide dans lequel les appareils précj sont plongés, fluide qui, vu la surface relativement petit ces appareils absorbe ou dégage la chaleur plus lentement, peut, par contre, échanger des quantités totales de chalet très importantes,
suivant la quantité de fluide en jeu, la mite pratique étant la chaleur nécessaire pour vaporiser 1 le constituant principal liquide que l'accumulateur peut c tenir dans les bornes d'un écart de température que l'on : signe. Le fluide récepteur de chaleur peut être de la saun un cryostat, ou un corps changeant d'état.
L'absorption et l'évaporation sont, dans les cône décrites, des évolutions tendant, à la limite, vers la ré) bilité, sans l'atteindre pratiquement, premièrement parce lors de l'absorption la pression partielle du constituant cipal à l'état gazeux doit être légèrement supérieure à lé sion de vapeur du constituant principal à l'état liquide, lors de l'évaporation l'inverse doit se produire, d'oiikauj tation de l'entropie dans une transformation massique; dei mement parce que le liquide chaud se mélangera avec le lic plus froid, d'x augmentation de l'entropie; troisièmemeni parce qu'il y aura des chutes de température entre le mélc et les volants thermiques régénérateurs, d'ou-augmentation l'entropie au cours d'échanges de chaleur;
quatrièmement
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qu'il y aura du frottement et de la diffusion, également accom- pagnés d'une augmentation de l'entropie du système; et enfin cinquièmement parce qu'il y aura des rentrées de chaleur de l'am- biance. Il est donc nécessaire de fournir continuellement ou pé- riodiquement un appoint de froid, dont le montant est toutefois seulement une petite fraction de la chaleur d'absorption, si l'appareillage est convenablement isolé. Cet appoint de froid peut être fourni, soit à la phase liquide, soit, de préférence, à la phase gazeuse, par un agent frigorifique extérieur, tel qu'une machine frigorifique à ammoniaque.
On peut aussi utiliser, dans le même but, le froid produit par l'effet Thomson-Joule lors de la détente des gaz soutirés de la pression de l'évaporateur et de l'appareillage connexe à la pression des réservoirs-tampon, qu'il est indiqué d'intercaler entre l'évaporateur et l'appa- reillage connexe, et les postes d'utilisation des gaz. Le débit des gaz détendus variant conformément au soutirage il est utile de faire passer le froid d'abord dans un volant thermique régéné- rateur. L'apport de froid peut aussi consister dans l'établisse- ment d'un cycle frigorifique des gaz d'abord comprimés, puis re- froidis par de l'eau de réfrigération ordinaire, et enfin dé- tendus.
Enfin on peut introduire du froid dans le système en in- jectant dans l'absorbeur des petites quantités liquides du cons- tituant principal, qui a été prélévé à l'état gazeux dans l'ab- sorbeur,comprimé, condensé par de l'eau de réfrigération or- dinaire, et détendu, cette injection directe rendant un jeu de surface de transmission de chaleur superflu.
Chacune des deux fractions obtenues par le procédé de base peut être rectifiée; la phase gazeuse par condensation, éven- tuellement réitérée, avec retour du liquide dans l'absorbeur; la phase liquide par évaporation ou distillation éventuellement réi- térée, avec retour des gaz au mélange gazeux.
Le procédé de base peut être répété avec la fraction restée gazeuse, le constituant principal pouvant être chaque fois
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un autre corps, ou une autre solution, ou un autre mélange a trope, chaque opération de base pouvant être effectuée à une pression totale, et à une température différente.
Le nouveau procédé et le dispositif pour sa mise e oeuvre sont décrits ci-après à l'aide de deux exemples.
EXEMPLE 1.
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Le nouveau procédé est décrit ci-après en choisis à titre d'exemple, comme mélange gazeux celui qui se dégage des cuves ou- se trouve un liquide en fermentation alcooliquE la bière par exemple.
Le dioxyde de carbone, constituant principal du m@ gazeux sortant des cuves, --- fermées, en général, dans le bui pouvoir recueillir facilement les émanations du moût en féru tion,---peut servir à l'état gazeux à une multitude d'emploi dans la brasserie même. Ainsi il peut servir comme fluide-m( dans des monte-jus, comme agent agitateur de la bière ou du pour sursaturer de la bière avant le soutirage, comme gaz s< pression, nécessaire pour le fonctionnement des soutireuses isobariques, et ainsi de suite.
Ces applications demandent du gaz à des pressions riant dans d'assez grandes limites, suivant Inapplication. trouvé utile de puiser le gaz à utiliser, non pas dans la b, de refoulement de l'organe de compression, mais dans des ré voirs où règne une pression moyenne d'environ 4 kg/cm2, pres qui est supérieure à la grande majorité des pressions d'uti tion.
Le débit du dioxyde de carbone se dégageant du li en fermentation varie passablement suivant l'état d'avanceme la fermentation, mais en établissant un roulement de cuves fermentation on arrive à niveller le débit total de façon s faisante. Il n'en est pas de même avec le débit de la conso tion; l'intérêt de certaines applications réside même dans fait que de grandes quantités de gaz soient disponibles dan
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bref délai. Ainsi, si on transvase un liquide d'un récipient dans un autre, placé plus haut, on peut se servir, comme on le fai- sait autrefois et le fait d'habitude encore aujourd'hui, d'une pompe d'un débit donné ; on veut effectuer le transvasement avec une pompe dans un délai trois fois plus court, il faut pren- dre une pompe trois fois plus puissante.
Par contre, si¯on se sert d'un gaz comprimé comme agent moteur, admis dans le haut du récipient duquel il s'agit de refouler le liquide, il n'est pas nécessaire d'augmenter le matériel et la puissance en proportion; il suffit d'avoir accumulé sous pression assez de gaz pour l'o- pération en vue, le délai dans lequel cette opération s'effectue étant indifférent. Il est donc intéressant d'accumuler le fluide à utiliser.
Dans l'évolution chronologique des installations accu- muant le gaz on a pris d'abord des réservoirs de gaz comprimé devenait d'un volume de plus en plus grand, dont l'encombrement/gênant; ensuite, pour pallier à cet encombrement, on a comprimé le gaz à des pressions de plus en plus-élevées, 19 kg/cm étant la li- mite qui fut atteinte par des compresseurs à un seul étage. On prit par la suite des compresseurs à deux étages, à rendement supérieur à celui des compresseurs à un seul étage de compres- sion.
Cette mesure ne suffisant pas dans de nombreux cas, on prit des compresseurs ayant un débit dépassant fortement le dé- bit moyen de ia consommation, le débit 'du compresseur pouvant ainsi couvrir directement les petites pointes de la courbe de la consommation, les réservoirs étant réservés aux grandes pointes.
La capacité d'aspiration du compresseur dépassant fortement la consommation, la soupape de sûreté devait jouer souvent, et pour des périodes prolongées. Pour éviter les pertes de gaz qui s'ensuivaient on remplaça ces organes, déversant l'excédent du gaz aspiré à l'extérieur, par des régulateurs ramenant cet excédent du côté refoulement au côté aspiration du compresseur, dès que le plafond de la pression était atteint dans les ré-
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servoirs.
Ces deux modes de réglage ont l'inconvénient d'a ter le travail, consommé par unité de masse de gaz utilisé le rapport de la capacité d'aspiration à la consommation. vail spécifique étant déjà plus du double de celui nécessa pour une compression à 4 atm. abs. à cause des pressions él dans les réservoirs-accumulateurs, l'augmentation addition du travail spécifique, due $Dit au rejet d'une partie du g piré par la soupape de sûreté, soit au court-circuitage du presseur, devenait onéreuse. On installa donc des appareil tant automatiquement le compresseur dès que le plafond de sion dans le réservoir-accumulateur était atteint, et le r tant en marche automatiquement lorsque cette pression bais la suite d'un soutirement de gaz. Pendant l'arrêt du compr le gaz sortant des cuves de fermentation devait être évacu l'extérieur.
Au début de la période d'introduction de ce g d'installation la production de gaz dans les cuves dépassa tellement la consommation, que le rejet à l'extérieur du g dant l'arrêt du compresseur n'avait aucun inconvénient, ma lorsqu'avec le temps la demande en gaz augmenta, on se mit recueillir le gaz venant des cuves dans des gazomètres à 1 sion atmosphérique. Au fur et à mesure que la consommation s'approcha de la production totale de gaz dans les cuves o augmenter le volume de ces gazomètres à cause du fonctionn par à-coups des compresseurs, capables d'aspirer plus de g les cuves en fournissaient, et de plus on dut prévoir, à c ces gazomètres, appareils fort encombrants, des régulateur tomatiques arrêtant le compresseur dès que le gazomètre ét de.
Malgré ces mesures il y eut des cas où la capacité d'a lation voulue, dont le rapport au dégagement journalier da cuves devenait de plus en plus grand, n'était plus obtenue arriva donc finalement à comprimer le dioxyde de carbone d compresseurs à trois étages, et à liquéfier le gaz comprim le refroidissant par de l'eau de réfrigération ordinaire.
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tion de l'encombrement des organes d'accumulation fut, par là, résolue de façon satisfaisante, puisqu'un mètre cube peut con- tenir environ 870 kilogrammes de dioxyde de carbone liquide à + 8 centigrades, tandis qu'il ne contient à la même température qu'environ 45 kg de gaz comprimé à 19 atm.abs.,et 7,5 kg de gaz comprimé à 4 atm.abs. L'inconvénient est qu'il faut comprimer à 60 ou 80 atm.abs,suivant la saison, età des pressions plus éle- vées encore si le gaz est passablement impur, ce qui est peu ra- tionnel si on considère que les pressions d'utilisations sont, en général, inférieures à 4 atm.abs.
Tous ces procédés connus ont de multiples et graves inconvénients, dont il faut citerles principaux : Certaines appli- cations, par exemple la sursaturation de la bière déjà fermentée, demandent que le dioxyde de carbone soit exempt de tous gaz étran- gers; d'autres applications, telles que l'emploi du gaz comme fluide-moteur dans certains monte-jus, demandent seulement l'ab- s:ence de l'oxygène, enfin dans certaines applications les gaz étrangers gênent peu. Puisque les procédés usuels ne permettent que l'obtention d'une seule qualité de gaz pour tous les usages, il faut que le gaz produit soit très pur, ce qui entraîne des per- tes importantes.
Le haut des cuves de fermentation principale. étant au début de la fermentation rempli d'air, il faut refouler à l'extérieur cet air par le dioxyde de carbone se dégageant du moût jusqu'à ce que la teneur en gaz étrangers tombe, selon l'avis deertains experts, à moins d'un pourcent. Au cours de cette évacua- tion jusqu'à trente pourcent, et plus, du dioxyde de carbone déga- gé pendant la fermentation principale sont perdus.
Le procédé usuel d'accumulation de dioxyde de carbone à l'état liquide a l'inconvénient additionnel qu'il faut transmet- tre à l'ambiance à travers des parois métalliques la chaleur de condensation du fluide pendant la période d'accumulation, et pui- ser dans l'ambiance à travers des parois métalliques la chaleur de
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vaporisation du liquide pendant la période de prélèvement le réservoir.
La figure unique du dessin annexé donne, à titre ple, une forme d'exécution du dispositif pour la mise en c du procédé ; lemélange gazeux à traiter est, dans cet exem celui qui émane d'une cuve oÙ se trouve un liquide en ferm tion alcoolique. Le mélange gazeux se dégageant dans les c est amené à l'installation de traitement par une conduite laquelle se trouve une vanne 2 permettant, le cas échéant, laminer les gaz aspirés, dans le but de réduire le débit-p normal. La conduite 1 débouche dans un cylindre-compresseu refoulant les gaz dans une conduite 4, qui décharge les ga un refroidisseur 5, où de l'eau de refrigération ordinaire le pour abaisser la température des gaz traversant un serp représenté schématiquement.
Une conduite 7 recueille les g@ sortie du refroidisseur, et les dirige vers le cylindre-coi seur 8. Une conduite by-pass 9 relie la conduite 7 à la coi 1. Dans cette conduite by-pass se trouve un robinet de régl permettant de court-circuiter éventuellement une partie du de gaz comprimé par le cylindre-compresseur 3, dans le but duire le débit-poids normal. Des arrêts temporaires fréquer compresseur sont ainsi évités.Sur la conduite 7 s'embranche conduite 11, munie d'un robinet de fermeture 11a, permettan cheminer,le cas échéant, une partie des gaz non fractionné le réservoir-tampon 12, duquel sont acheminées par une cond 13, munie d'un robinet de fermeture 14, les gaz non fractio respectivement mi-purs, vers les postes d'utilisation, où i servent à des emplois n'exigeant pas l'absence d'oxygène.
A partie des gaz n'est donc perdue nécessairement. Le réservo. tampon 12 est muni d'une conduite 15 au bout de laquelle se une soupape de sûreté 16 déchargeant, le cas échéant, par la duite 17 l'excédent de gaz à l'extérieur. Une conduite by-p@
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raie la conduite 15 à la conduite 17. Dans cette conduite by- pass 18 se trouve un robinet de réglage 19, permettant d'évacuer, le cas échéant, un pourcentage donné des gaz impursà l'extérieur.
Le cylindre-compresseur 8 aspire les gaz non-fraction- nés qui n'ont pas été acheminés vers le réservoir-tampon l2,éven- tuellement tout le gaz refoulé par le cylindre-compresseur 3, et les refoule dans une conduite 20 qui les déverse dans un refroi- disseur 21, où de l'eau de réfrigération ordinaire circule pour abaisser la température des gaz traversant un serpentin 22, re- présenté schématiquement. Une conduite 23 recueille ces gaz à la sortie du refroidisseur. Cette conduite 23 est reliée par une conduite by-pass 24 à la conduite 7.
Dans cette conduite by-pass 24 se trouve un robinet de réglage 25, permettant de court-cir- cuiter, le cas échéant, une partie ou tout le débit du gaz com- primé par le cylindre-compresseur 8, dans le but de régler le débit-poids des gaz acheminés vers le restant de l'installation, par exemple dans le cas où du gaz n'est soutiré nulle part pour l'utilisation,et où les réservoirs-accumulateurs sont déjà pleins de dioxyde de;carbone liquide, cas nécessitant l'arrêt du compresseur dans les installations usuelles. Cette même mesure, procurant le même avantage, est indiquée dans le cas où la pres- sion dans les réservoirs-accumulateurs atteint le plafond auquel la soupape de sûreté décharge du gaz vers l'extérieur; on évite ainsi des pertes de matière.
La conduite 23 amène les gaz non fractionnés dans un serpentin 26 représenté schématiquement, qui plonge dans un bac échangeur de chaleur 27 où un fluide réfrigérant, par exemple de la saumure, ou de la glycérine, ou un cryostat, le refroidit.Une conduite 28 recueille les gaz à la sortie du bac échangeur de chaleur 27, et les dirige vers la tuyère 29, faisant partie de la trompe 50, dans laquelle le courant des gaz entraine du dioxy- de de carbone liquide, le constituant principal liquéfié du mé-
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lange gazeux, liquide amené vers la trompe 30 par une cône 31. Le diffuseur 32 de la trompe est disposé, de préférenc verticalement.
Dans la trompe 29 le courant liquide est er par le courant gazeux; la trompe fonctionne donc comme un teur. D'autre part, le dioxyde de carbone gazeux, contenu le mélange gazeux venant du compresseur 8, se condense pai lement, ou totalement à la limite, dans le dioxyde de cart déjà liquide; la trompe fonctionne donc en second lieu con injecteur. Enfin, la partie du mélange gazeux non condensÉ monte en bulles dans le diffuseur de la trompe; et entraîr liquide ; la trompe fonctionne donc en troisième lieu comme pompe Mammouth.
Le diffuseur de la trompe se termine par un chap à parois perforées 33, par les trous duquel le mélange de quide et de gaz non condensés se déverse dans l'absorbeur Les gaz non condensés montent dans la partie supérieure de sorbeur 34, et y viennent en contact avec un serpentin 35, lequel circule un fluide réfrigérant, de l'ammoniaque par ple. Le dioxyde de carbone gazeux, non absorbé par le diox carbone liquide dans la trompe ou l'absorbeur, ou réévapoi dans la partie inférieure de l'absorbeur, est condensé en au contact du serpentin froid 35, ce qui constitue le deux fractionnement du mélange gazeux.
Les gaz non condensés lors des deux premiers fra nements quittent l'absorbeur 34 par une conduite 36, et er dans le séparateur 37. Dans le haut du séparateur 37 débou la colonne de fractionnement 38, qui peut avoir la forme é serpentin. Cette colonne 38 traverse le bac échangeur de c 39. Les gaz non condensés venant du séparateur 37 sont ref dans le bac échangeur de chaleur 39 par un fluide réfrigéi par exemple de la saumure, ou de la glycérine, ou un cryos Le dioxyde de carbone gazeux encore contenu dans le mélang
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zeux est condensé en partie ou contact de la paroi froide de la colonne 38, ce qui constitue le troisième fractionnement du mé- lange gazeux.
Les gaz non-condensés dans la colonne 38 sont recueil- lis à la partie supérieure de la colonne par une conduite 40.
Sur cette conduite 40 s'embranche la conduite 41, munie d'un ro- binet de fermeture 42. Au bout de la conduite 41 se trouve un détendeur 43 piloté par la pression régnant dans le réservoir- tampon 12 au moyen d'une conduite de pilotage 44. Lorsqu'on sou- tire, en vue de son utilisation, du gaz par la conduite 13 la pression tombe dans le réservoir-tampon 12, et, à partir d'une pression donnée, réglable, le détendeur s'ouvre et laisse le mélange gazeux s'échapper dans le serpentin 45, plongé dans le bac échangeur de chaleur 39. Grâce à l'effet Thomson-Joule les gaz se refroidissent fortement lors de leur laminage dans le siège du détendeur. Le froid ainsi produit est cédé en grande partie dans le serpentin 45 au fluide réfrigérant du bac échan- geur de chaleur 39 qui le passe à son tour au fluide circulant dans la colonne de fractionnement 38.
Une forme d'exécution al- ternative du dispositif consiste dans l'omission du fluide ré- frigérant transmetteur du froid, et dans la transmission direc- te du froid des gaz circulant dans le serpentin 45 au gaz circu- lant dans la colonne de fractionnement 38 à travers une paroi mitoyenne. Le soutirement du gaz destiné à une utilisation se fait, en général, de façon irrégulière, et par à-coups. Pour retirer rapidement le froid aux gaz s'échappant du détendeur 43 des corps de remplissage 46 par exemple de la grenaille d'alumi- nium, sont placés dans les serpentins 45. Par la suite ces corps de remplissage 46 passent leur froid au fluide réfrigérant du bac échangeur de chaleur, qui l'accumule, puis progressivement le transmet à la colonne de fractionnement 38.
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Une conduite 47 mène les gaz sortant du serpentir vers un serpentin 48 plongé dans le bac échangeur de chalet La température des gaz sortant du serpentin 45 est logèrent inférieure à la température des gaz dans la colonne de frac nement 38,qui elle est inférieure à la température des ga: tant du serpentin 26 par la conduite 28, cette dernière tem ture devant être supérieure à la température régnant dans @ tie inférieure de l'absorbeur 34, parce que la pression dai conduite 28 doit être supérieure à la tension de vapeur dai l'absorbeur 34.
La température des gaz sortant du serpentii est donc inférieure à celle des gaz quittant le serpentin ces derniers peuvent donc ëtre refroidis en contre-courant les gaz entrant dans le serpentin 48, et cédant leur froid fluide réfrigérant du bac échangeur de chaleur 27, qui le à son tour au gaz quittant le serpentin 26. Une forme d'ex tion alternative du dispositif consiste dans la transmisse recte du froid des gaz circulant dans le serpentin 48 aux , circulant dans le serpentin 26, à travers une paroi mitoye Il est indiqué de placer des corps de remplissage 49 dans . serpentin 48 pour les mêmes raisons que dans le serpentin .
Une conduite 50 recueille les gaz sortant du serpentin 48 les déverse dans le réservoir-tampon 12.
Dans le cas où, en moyenne, autant de gaz est so à l'état gazeux à travers les serpentins dans le bac échan de chaleur 27 qu'il en entre dans le serpentin 26 le prére dissement du mélange gazeux, injecté dans le dioxyde de ca liquide, est assuré, si les surfaces, d'échange sont adéqua Les phénomènes d'absorption et de réévaporation sont, à la mite, des phénomènes réversibles; de fait, ils sont toujou gèrement irréversibles, d'où augmentation de l'entropie, q faut renverser par un apport de froid. La majorité des app ayant une température inférieure à celle de l'ambiance il sulte, malgré tout isolement, un certain apport de chaleur
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faut également équilibrer par un apport de froid. Le fluide frigorifique circulant dans le serpentin 35 effectue un premier apport de froid.
Un deuxième apport de froid facultatif, pouvant, le cas échéant, remplacer l'apport de froid par le serpentin 35, est dû à l'effet Thomson-Joule se manifestant lors de la détente des gaz dans le détendeur 43. Eventuellement, on pourrait utili- ser cet apport de froid par l'effet Thomson-Joule au refroidis- sement du mélange gazeux circulant dans le serpentin 26. Un troisième apport de froid peut être obtenu en maintenant le déten- deur 43 un peu ouvert de façon permanente. Les gaz passant par le détendeur 43 se déverseront dans le réservoir-tampon 12, et de là, si le robinet 14, la soupape de sûreté 16, et le robinet de réglage 19 sont fermés, s'écouleront à travers le robinet lla resté ouvert, et par la conduite 11 dans la conduite 7, d'où ils sont aspirés par le compresseur 8.
Le compresseur 8, les condui- tes et appareils 20,22,23,26,28,29,32,34,36,37,38,40,41,43,45,47, 48,50,12,11,7, et finalement de nouveau le compresseur 8 forment un cycle frigorifique, pouvant produire tout froid requis, parti- culièrement celui requis lors de la première mise en marche de l'installation. Le cycle frigorifique fermé peut être greffé sur l'évolution commençant avec l'état des gaz dans la conduite 1, et finissant avec l'état des gaz dans la conduite 13, dans tout rapport voulu. Le dioxyde de carbone liquéfié dans la colonne de fractionnement 38 retombe dans le séparateur 37, d'où une condui- te 51 le déverse dans l'absorbeur 34.
La conduite 40 mène, à travers le robinet de fermeture 52 les gaz non condensés dans la colonne de fractionnement 38 vers la partie haute-pression de l'installation, qui est facultative.
On peut, dans ce cas,supprimer l'embranchement 41, le détendeur 43, et le serpentin 45. Le compresseur 53 aspire par la conduite 40 les gaz non condensés dans la colonne de fractionnement 38,et les refoule dans la conduite 54,qui les déverse dans le séparateur 55. Du séparateur 55 les gaz entrent dans le tube de condensation
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56, entouré d'une chemise 57, dans laquelle circule de l'eai réfrigération ordinaire. La majeure partie du dioxyde de ca: encore contenu dans le mélange gazeux est condensée dans le 56,et retombe à létat liquide dans le séparateur 55. Les g condensés dans le tube de condensation 56 entrent dans la ci te 58, et sont détendus par le détendeur 59 placé dans cett duite. La conduite 58 débouche dans une conduite 60, qui dé se ces gaz, à travers un robinet de fermeture 61, dans la ci te 47.
Alternativement la conduite 60 peut aussi déboucher , la conduite 41 derrière le détendeur 43. Les gaz détendus d, le détendeur 59, peuvent contribuer au refroidissement du f: dans le bac 27, ou dans le bac 39. Alternativement, la cond- 58 peut déverser les gaz non condensés dans la conduite 62,j d'un robinet de fermeture 63, qui les décharge à l'extérieu: dioxyde de carbone liquéfié dans le tube-condenseur 56, et tombé dans le séparateur 55, est évacué par la conduite 64,] d'un détendeur 65,vers l'absorbeur 34.'Le dioxyde de carbon tendu représente un apport de froid au système, destiné à p, re la réversibilité incomplète des évolutions et échanges d leur.
Le dioxyde de carbone liquide peut aussi servir à con tuer la masse de dioxyde de carbone liquide nécessaire au fo@ tionnement de l'absorption dans la trompe 30 et l'absorbeur Dans le tube de condensation 56 s'effectue le quatrième fra tionnement en série, les précédents étant : fractionnemen la trompe 30 et l'absorbeur 34, puis celui dû au serpentin et celui dû à la colonne de fractionnement 38. Le fractionn dans le tube-condenseur 56 peut rendre les fractionnements : le serpentin 35, et par la colonne 38 superflus, auquel cas conduite 36 est directement reliée à la conduite 40, les ga dirigeant vers le cylindre-compresseur 53.
Alternativement peut, dans chaque cas, faire passer la conduite 40 à traver bac échangeur de chaleur 27, avant de l'amener dans la boit d'aspiration du cylindre-compresseur 53. -
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Un mode d'utilisation du dioxyde de carbone gazeux consiste à le liquéfier, et en remplir des bouteilles d'acier.
Dans ce but on peut agrandir la capacité d'aspiration du cylin- dre-compresseur 55, et la capacité de condensation du tube 56, et prévoir une conduite 66, munie d'un robinet 67, à laquelle on peut raccorder des bouteilles d'acier 68.
Le mélange de gaz et de dioxyde de carbone liquide, sortant du chapeau 33 du diffuseur 32 de la trompe 30, est reparti dans l'absorbeur 34 sur des corps de remplissage 69, dans le but de favoriser l'absorption du constituant prin- cipal du mélange gazeux par le constituant principal déjà li- quéfié, ou de favoriser sa ré-évaporation.
Lorsque la quantité de gaz non condensés évacuée de l'absorbeur 34 par la conduite 36 est inférieure à la quantité de mélange gazeux amené par la conduite 28, plus la quantité de gaz, éventuellement amenée par la conduite 64, et produite par le laminage éventuel de dioxyde de carbone liquide provenant du séparateur 55, il y aura élévation de température et de pression dans l'absorbeur 34, et une augmentation de la masse du dioxyde de carbone liquide égale à la différence des quantités de gaz entrant et sortant, plus la somme des apports de dioxyde de carbone liquide par les conduites 51 et éventuellement 64.
Lorsque, par exemple, à cause d'un soutirement de gaz par la conduite 13, la quantité de gaz non condensés, évacuée de l'absorbeur 34 par la conduite 36, est supérieure à la somme de la quantité de mélange gazeux amené par la conduite 28 et de la quantité de gaz éventuellement amenée par la conduite 64, il y aura abaissement de la température et de la pression dans l'absor- beur 34, et une diminution de la masse du dioxyde de carbone liquide. De la sorte on peut alternativement accumuler, puis soutirer, des quantités importantes de dioxyde de carbone, dont
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le montant dépend seulement de la grandeur des réservoirs vus. Le dioxyde de carbone liquide peut être logé dans le de l'absorbeur 34, élargi dans ce but, ou bien dans des ri voirs-accumulateurs séparé en forme de-cylindre ou de ser] tins.
La chaleur d'absorption du dioxyde de carbone ga condensé dans le dioxyde de carbone déjà liquide, en augmE la température, et la chaleur d'évaporation la diminue. Pc modérer cette élévation et cet abaissement de température peut faire absorber par les corps de remplissage 69 une pa de cet apport de chaleur ou de froid, en leur donnant une cité calorifique appropriée. On peut aussi plonger l'absor 34 totalement, ou en partie, dans un fluide, contenu dans récipient 70, pour soit accumuler, soit céder de la chaleu Ce fluide peut être un liquide qui soit s'échauffe ou s'év soit se refroidit ou se condense, ou bien un liquide conge: qui soit fond, soit se congèle.
Le dioxyde de carbone liquide quitte l'absorbeur 34 par une conduite 71, munie à son extrémité d'un tube à crépine 72, qui déverse le liquide dans un récipient-évapo@ teur 73, élargi, le cas échéant, pour servir de réservoir- accumulateur. Pendant une période d'accumulation le dioxyde de carbone liquide recueilli dans le bas de l'absorbeur 34 est plus chaud que le dioxyde de carbone liquide accumulé d l'évaporateur 73, et sa tension de vapeur plus élevée. Pour éviter des différences de pressions appréciables entre la pression régnant dans l'absorbeur 34 et celle régnant dans . vaporatéur 73, le liquide venant de l'absorbeur 34 est pulv@ par la crépine 72 dans l'espace occupé par du gaz dans l'év@ rateur.
En tombant le liquide plus chaud s'étend en nappe si le liquide plus froid, et détermine ainsi la tension de vape
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de la phase gazeuse dans l'évaporateur, sensiblement égale à celle du liquide dans l'absorbeur. La différence de pres- sion entre l'absorbeur 34 et l'évaporateur 73 se limite ain- si à la pression partielle des gaz, autres que du dioxyde de carbone, contenus dans le mélange gazeux remplissant l'ab- sorbeur 34.
La phase gazeuse, remplissant le haut de l'évapo- rateur 73, est composée de la vapeur du constituant princi- pal, et ne contient plus que les quantités de gaz étrangers minimes, qui se sont dissoutes dans le dioxyde de carbone liquide lors de son passage par la trompe 30 et l'absorbeur 34, et se sont réévaporées lors de la pulvérisation du liqui- de par la crépine 72, ou se sont dégagées de la masse liqui- de accumulée, soumise à des variations de pression et de température.
Les vapeurs quasi-pures du constituant principal quittent l'évaporateur 73 par une conduite 74, dans laquel- le est intercalé un détendeur 75, piloté par la pression ré- gnant dans la conduite de pilotage 76. La conduite 74 débou- che dans le serpentin 77, le cas échéant rempli de corps de remplissage 78, et plongé dans le bac 39. Une conduite 79 mène le gaz quasi-pur du serpentin 77 au serpentin 80, rempli, le cas échéant, de corps de remplissage 81 et plon- gé dans le bac 27. La conduite 82 recueille le gaz quasi-pur à sa sortie du serpentin 80, et le déverse dans le réservoir- tampon 83, duquel il peut être soutiré par la conduite 84, munie d'un robinet de fermeture 85, en vue de son utilisation.
Lorsqu'on soutire du réservoir-tampon 83 du gaz quasi-pur la pression tombe dans ce réservoir, ce qui provoque, par l'entremise de la conduite de pilotage 76, l'ouverture du détendeur 75, et l'afflux du gaz de l'évaporateur 73 vers le
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réservoir-tampon 83. Le gaz cédera son froid sensible qu'il avait en quittant l'évaporateur 73, et le froid produit par la détente dans le détendeur 75, aux fluides transmetteurs de chaleur remplissant les bacs 39 et 27, qui transmettront le froid à la colonne de fractionnement 38 et au serpentin 26. Alternativement la transmission du froid peut être effectuée directement à travers des paroi mitoyennes. Une conduite 86 relie le réservoir-tampon 83 au réservoir-tampon 12.
Dans cette conduite 86 se trouve une soupape réglable 87 qui se soulève, lorsque la pressi dans le réservoir-tampon 85 dépasse une valeur donnée. Si on laisse le détendeur 75 légèrement ouvert de façon perm nente, le liquide contenu dans l'évaporateur 73 peut être dégazé de façon continue, l'excès de gaz s'échappant par la soupape 87, si aucun gaz n'est soutiré du réservoir- tampon 83 à fin d'utilisation. Le compresseur 8, les appa reils entre ce compresseur et le détendeur 75, le détende 75, les conduites entre ce détendeur et le réservoir-tamp 83, ce réservoir 83, et les conduites et appareils entre ce réservoir et le compresseur 8 peuvent constituer un cy cle frigorifique, pouvant produire tout froid requis. On peut plonger l'évaporateur 73 dans un fluide, contenu dan un récipient 88, pour soit accumuler, soit céder de la ch leur.
Ce fluide peut être le même que celui remplissant 1 récipient 70, et les deux récipients 88 et 70 peuvent êtr mis en communication par les conduites 89 et 90, munies d robinets de fermeture. Des corps de remplissage 91 peuven être mis dans l'évaporateur 73, pour retenir les impureté solides, et pour modérer les vacations de température du constituant principal liquide.
Le dioxyde de carbone liquide dégazé peut quitta
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l'évaporateur 73 par une conduite 92, débouchant dans une conduite évasée 93, munie à son extrémité d'un chapeau per- foré 94. La conduite 93 entre par le bas dans un évaporateur 95. Le constituant principal liquide étant pur, sa tension de vapeur correspondra à la température du liquide froid sou- tiré par le bas de l'évaporateur 73. Pour éviter des différen- ces de pression appréciables entre l'évaporateur 73 et l'éva- porateur 95, le haut de l'évaporateur 95 peut être mis en liaison thermique avec l'ambiance, et maintenu à une tempé- rature légèrement supérieure ou égale à la température du liquide quittant l'absorbeur 34, en.période d'accumulation.
Le liquide froid dans l'évaporateur 95 s'évaporera partielle- ment au contact de la paroi plus chaude de la partie supé- rieure de l'évaporateur 95, et par là y maintiendra une pres- sion sensiblement égale à celle régnant dans l'absorbeur 34.
Les vapeurs du dioxyde de carbone pur peuvent quit- ter l'évaporateur 95 par une conduite 96, ayant à son extré- mité un étranglement. Cette conduite 96 débouche dans un petit récipient 97, destiné à se remplir de dioxyde de car- bone solide, si, par suite de fausses manoeuvres, du dioxyde de carbone liquide montait jusqu'à l'étranglement au bout de la conduite 96. La neige bloquera le récipient 97, et em- pêchera le liquide de parvenir à l'appareillage qui suit. Le gaz sortant du récipient 97 passe par un détendeur 98, piloté par une conduite de pilotage 99, et entre dans un serpentin 100, rempli éventuellement de corps de remplissage 101, et plongé dans le bac 39.
Une conduite 102 mène le gaz pur du serpentin 100 au serpentin 103, rempli éventuellement de corps de remplissage 104, et plongé dans le bac 27. Le gaz cédera le froid sensible, qu'il avait en quittant l'évaporateur 95, et le froid produit par la détente dans le détendeur 98, aux
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fluides transmetteurs de chaleur remplissant les bacs 39 et 27, qui transmettront le froid à la colonne de fracti nement 38 et au serpentin 26. Alternativement la transmi, sion du froid peut être effectuée directement à travers des parois mitoyennes. La conduite 105 recueille le gaz pur à sa sortie du serpentin 103, et le déverse dans le : servoir-tampon 106, duquel il peut être soutiré par la c< duite 107, munie d'un robinet de fermeture 108, en vue dE son utilisation.
Lorsqu'on soutire du réservoir-tampon di gaz pur, la pression tombe dans ce réservoir, ce qui proi que, par l'entremise de la conduite de pilotage 99, l'ou, ture du détendeur 98, et l'afflux du gaz de l'évaporateur 95 vers le réservoir-tampon 106. Des corps de remplissage 109 peuvent être mis dans l'évaporateur 95 pour modérer 1 variations de température. On peut plonger l'évaporateur à sa partie inférieure dans un récipient 11.0, constituant un volant thermique régénérateur. Deux conduites 111 et 1 munies de robinets de fermeture peuvent mettre ce récipie en communication avec le récipient 88.
La conduite évasée 93, et le diffuseur 32 de la trompe peuvent être entourés de récipients 113 et 114 remplis d'un fluide ayant une ca pacité de chaleur, pour provoquer dans ces conduites un m vement ascendant des liquides par un apport de chaleur pe dant l'arrêt du compresseur 8.
EXEMPLE 2.
Il est connu depuis les travaux de Blau d'extra re par condensation d'un mélange gazeux, constitué d'hydr carbures et de gaz étrangers, un mélange liquide d'hydroc bures. Blau opérait avec des pressions autour de cent atm phères. Depuis on traita des mélanges gazeux contenant to jours de plus en plus de propane, butane, et pentane, ce
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permit d'abaisser les pressions requises pour une liquéfac- tion par de l'eau de réfrigération ordinaire. On arriva fi- nalement à n'extraire principalement que le butane, des ma- tières premières se prêtant à ce fractionnement devenant de plus en plus abondantes. Le butane est condensable à des fai- bles pressions par de l'eau de condensation ordinaire.
Par la suite, la demande pour ce produit croissant rapidement, sans que la quantité disponible de matières premières augmen- ta en proportion, on passa de nouveau à des mélanges plus riches en propane, ce qui eut pour conséquence que les pres- sions étaient de nouveau plus élevées. Dans certaines appli- cations industrielles la pression maximum s'établissant en été ne joue aucun rôle, par contre l'utilisation du mélange liquéfié dans les ménages privés demande que la pression ne soit pas trop élevée. Il en résulte un problème de fraction- nement, qui se double d'un problème d'accumulation, la de- mande ne marchant pas au même rythme que la production.
La présente invention permet de résoudre ce double problème de fractionnement et d'accumulation, en répétant le procédé avec la fraction restée gazeuse une ou plusieurs fois, le constituant principal ayant chaque fois une teneur en gaz légers plus grande. Le premier constituant peut con- sister en butane, et en hydrocarbures plus lourds. Le deuxiè- me constituant peut consister en butane avec une forte teneur de propane, et ainsi de suite. A chaque répétition du procé- dé la pression peut être plus élevée, ou bien la températu- re plus basse, ou les deux à la fois. Les différentes frac- tions sont accumulées séparément, et le mélange dosé avant son utilisation, chaque utilisation permettant une autre composition.