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BREVET D'INVENTION
La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour séparer par distillation dans des liquides des constituantsplus légers de constituants plus lourde et a pour objet principal la récupération des composants plus légers du liquide en traitant rapidement à ohaud les liquides sans surchauffage.
Procédé et appareil pour séparer par distillation dans des liquides des constituants plus légers de constituants plus lourds.
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Suivant la pratique ordinaire, les liquides à distiller sont chauffés dans des réservoirs ou dans des cuves que l'on chauffe extérieurement, ce qui produit une distribution inégale de la chaleur dans le liquide et un surchauffage de la partie du liquide qui est en contact aveo la surface des parois délimitantes. Malgré qu'une distribution Irrégulière de la chaleur ne soit pas un inconvénient important pour le traitement de quelques liquides, ce l'est dans d'autres cas, comme pour des hydrocarbures, dont il est avantageux d'obtenir des fractions précises, et en particulier pour des opérations de cracking dans lesquelles les surchauffages amènent un craoking secondaire et par suite le dépôt de carbones libre sur la paroi du réservoir ou du tube.
Les objets essentiels de l'invention eont, par conséquent, la réalisation de la distribution de la chaleur dans le liquide sous traitement par radiation et des contacts de surface maximum avec le liquide, et dteffec- tuer simultanément le cyclage du liquide et de ses vapeurs ét condensais en conformité aux forces thermiques mises en jeu comme résultat des différences de température à différents points sur la longueur de la cornue.
Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d' exemple on a représenté un appareil perfectionné permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention; dans ces dessins: la fig. 1 est une coupe longitudinale d'une cor-
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nue ou colonne de distillatioeertiosie; la fig. 2 est une coupe horizontale par ligne 2-2 de la fig. 1;
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la fig. 3 est une vue perspective de détail d'une partie de la brosse distributrice de chaleur et atomisatri- ce de liquide; la fig. 4 est une coupe longitudinale axiale d'une partie d'une colonne de forme modifiée, oomprenant un élé- ment de tour de fractionnement.
En se référant plus particulièrement aux dessins:
La féférence 1 désigne une chambre de chauffage, de préférence circulaire pour permettre la circulation en chicane du moyen de chauffage à l'intérieur à partir d'une entrée 2, à une extrémité de la chambre, vers une sortie 3 à son extrémité opposée.
Un foyer 4, de tout type approprié, assure le chauffage.des conduits d'entrée et de sortie 2 et 3 lui sont raccordés, le conduit de sortie 3 débouchant dans une cheminée 5. La chambre de chauffage est munie de préféren- ce de baffles ou chicanes o pour diriger la circulation et le conduit d'entrée 2 est muni d'un registre 7 pour com- mander et diriger le moyen de chauffage pour régler les températures à l'intérieur de la chambre. Le foyer est mu- ni de préférence d'un conduit auxiliaire 8 allant à la cheminée et obturé en 9 pour un réglage complémentaire de la chaleur.
Un tube 10 règne au centre de la ohambre de chauffage 1 et comporte une bride annulaire supérieure 11 en contact avec une bride de serrage 12 portée par des supports auxiliaires près du foyer, mais non repré- sentés dans cet exemple.
Une bride de centrage 13 au fond de la cham- bre de chauffage entoure le tube 10, mais n'y est pas @
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fixée afin de ne pas gêner la dilatation et la contraction du tube.
En haut du tube 10 un couvercle 14 est fixé et comprend de préférence une chambre 15 pour recueillir les vapeurs comme il sera décrit, et ayant à son extrémité inférieure un col incliné 18 situé dans la partie supérieure de la chambre du tube 10 et muni d'une bride 17 formant un anneau 18 d'où le liquide amené par un tuyau 19 est distribué en haut du tube.
Un tuyau de sortie de vapeur 20 débouche sur le coté de la partie supérieure de la chambre 15 et mène à un condensateur indiqué en 21; une bride circulaire 23 est disposée sous la paroi supérieure 22 de la chambre. Cette bride porte un ajutage qnnulaire 24 par lequel le reflux de liquide amené par un tuyau 25 peut être déversé en pluie sur les vapeurs s'élevant dans La chambre.
La paroi supérieure.22 et la bride 23 de la chambre 15 sont alésées pour le passage d'un arbre et le passage de l'arbre est contre-alésé pour recevoir la garniture 26.eune boite à engrenage 27 est montée sur le dessus du couvercle 14, cette boite comporte un canal 28 concentri- que au canal danale dessus du couvercle 14 et muni d'un chapeau de pre@se-étoupe 29 pour comprimer la garniture 26.
Dans la boite à engrenage, concentriquement au canal 28, se trouve une bague épaulée 30 pour enfermer une butée de roulement 31 pour un arbre 32 reposant sur la butée par un collier 33 et se prolongeant vers le bas dans 1' espace de vapeur dans le couvercle 14 au-dessus de la chambre de chauffage 10.
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Un pignon d'angle 34 est fixé à l'arbre 32 audessus du collier 33, ce pignon engrène avec un pignon 35 sur un arbre 36 se prolongeant à l'extérieur de la boite à engrenage et muni d'un organe de commande, tel qu'une poulie de transmis sion 37.
L'arbre 32 se prolonge au-dessus du pignon d' angle 34 à travers le collier 38 d'un couvercle 39 sur la boite d'engrenage et est muni d'un organe de roulement 40 associé à un organe de roulement 41 dansle collier. S'élevant de la plaque 39 une bride annulaire 42 forme une chambre 43 autour de l'arbre, et une coupelle inversée 44 couvre l'extrémité de ltarbre, cette ooupelle comporte des ouvertures latérales 45 dans la chambre annulaire formée par l'anneau 42.
L'extrémité supérieure de l'arbre 32 est alésée, et un tube 46 traverse la coupelle 44 dans ledit alésage pour amener un liquide de refroidissement à l'arbre. Une plaque déflectrice 49 est fixée en haut de l'arbre dans la coupelle 44 pour dévier le liquide sortant du canal de 1' arbre 36 latéralement à la paroi du couvercle 44.
Un t@uyau de sortie 48 est prévu pour le vidange du liquide de re- froidissement. L'extrémité inférieure de l'arbre 32 est de préférence conique et un arbre creux 50 est suspendu à 1' arbre, au moyen d'un collier 49, vissé sur l'extrémité inférieure de l'arbre 32; cet arbre 50 a une longueur telle qu'il règne sensiblement sur la longueur du tube de ahauf- fage 10, mais en est écarté de son extrémité dans le but présentement indiqué.
Le collier 49 est bridé pour former une bague d' arrêt 51 ayant des rayons 52 portant une bague d'équili-
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brage 53, et l'extrémité opposée de l'arbre 50 est munie d'une bague 54 semblable à la bague 51 mais coulissant sur l'arbre. Une brosse 55 est montée sur l'arbre entre les bagues 51 et 54. Cette brosse se compose de préférence de plusieurs éléments 56 (fig. 3), constitués chacun, de préférence, par plusieurs poils raides ou hérissons 57 en une matière conductrice de la chaleur, rayonnant dtun anneau central 58 formé par un fil tordu et ondulé à leurs parties extérieures pour former une surface extensible.
Les éléments 50 sont comprimés sur l'arbre par vissage du bouchon 59 à. l'extrémité libre de l'arbre pour y maintenir les hérissons des éléments l'un près de l'autre et former un corps de brosse compact dans lequel les hérissons sont rapprochés mais laissentun passage aux v@- peurs et brouillard formés pr le liquide en traitement à l'intérieur de la chambre.
La brosse 55 est d'un diamètre tel qu'elle a'ajuste étroitement dans le tube de chauffage tout en permettant la rotation des extrémités du hérisson en contact avec la paroi du tube, la chaleur appliquée extérieurement au tube étant ainsi distribuée d'une manière sensiblement uniforme dans toute la section de la chambre du tube.
La bague 54 est réglable sur l'extrémité inférieure de l'arbre 50 au moyen d'un bouchon 59 ayant un tonal intérieur 00 pour le passage de vapeur ou autre moyen de chauffage dans l'arbre, si l'on veut.
L'extrémité inférieure du tube 10 est fermée par une plaque de base 61 ayant une surface inférieure inclinée menant à une cuvette 62 ayant un conduit de vi-
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dange 63, pour enlever les résidus de la chambre formée au fond du tube 10 sous la brosse. Un ajutage 64 débouche au fond de la cuvette ooncentriquement à l'arbre 50 pour envoyer de la vapeur ou autre fluide de chauffage auxiliaire à l'intérieur du tube 10, l'ajutage 64 se terminant au dessus du niveau normal du résidu-liquide dans le fond du tube. Dans la variante de l'appareil représenté à la fig.
4, une prite de tour de fractionnement 65 est interposée entre le sommet du tube de ohauffage et une ohambre de vapeur 15' sensiblement identique à la chambre 15 représentée fig. 1, à l'exception da l'anneau de distribution d' huile à son extrémité inférieure.
'Une boite d'engrenage 27 est montée sur la chambre de vapeurs 15', un arbre de transmission 06 descend de la boite d'engrenage dans la chambre de fractionnement; cet arbre a un collier 67 dans la partie supérieure de la chambre de fractionnement. Un collier 68 est vissé sur l'arbre à la partie inférieure de la chambre de fractionnement, et il est associé avec le collier 67 pour maintenir la brosse sur l'arbre 66.
Monté sur l'arbre 66, au moyen d'un croisillon 69 sur l'arbre et d'une bague de serrage 70 pénétrant dans une rainure annulaire 71 dans l'arbre, se trouve un collier 72, approximativement conique, muni d'une bride 73 à@son extrémité inférieure pour établir un espace annulaire 75 dans la partie supérieure du tube de chauffage pour la distribution de la charge depuis un tuyau d'alimentation 19 jusqu'au tube voisin de sa paroi.
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kontéeau-dessus de la bride 73 et êoarté<de la paroi latérale du collier, au moyen de boulons 76 et de cales dtéoartement 77 se trouve une bague de distribution
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78 par laquelle l'huile déchargée contre la paroi latérale de la cuvette est distribuée de manière sensiblement uniforme autour du tube.
Un anneau 79 à la périphérie du collier 72 sert à empêcher les éclaboussements d'huile vers le haut dans la chambre de fractionnement.
L'arbre 66 a une extrémité inférieure filetée de préférence conique à laquelle l'arbre de brosse est suspendu au moyen d'un chapeau 49 comme précédemment.décrit.
Pour obtenir une fraction supplémentaire de la chambre de fractionnement, on prévoit une purge 80 au fond de la chambre autour de la cuvette 69 par laquelle le condensat peut être vidangé au moyen d'un tuyau 81; si on le désire. Si l'on ne veut pas de fraction supplémentaire, le tuyau 81 est fermé et le condensat renvoyé au tube de chauffage par dessus le bord de la purge. Les vapeurs SI élevant dans la tour de fraction- nement dans la chambre collectrice 15' sont retirées @ar la conduite de vapeurs 20 et peuvent, si l'on veut, être renvoyées par le liquide de reflux envoyé du tuyau 25 par un ajutage 82 au fond d'une cuvette 83 pendant du dessus de la chambre collectrice.
Dans la mise en oeuvre du procédé avec l'appareil décrit, le liquide à distiller, envoyé au sommet du tube de chauffage près de sa paroi, vient en contact avec la brosse tournante et est pulvérisé par la brosse en brouillard par l'action d'agitation mécanique de ladite brosse. La brosse, tournant en contact avec la paroi du tube de chauffage, conduit la chaleur depuis ladite paroi intérieurement vers le centre de l'arbre, de telle
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sorte que la température dans le tube, est sensiblement uniforme dans toutes ses sections et le liquide et son brouillard sont chauffés de manière sensiblement uniforme dans toutes leddites sections.
Quoique le liquide puisse être réchauffé avant d'être envoyé au tube de distillation, il pénètre dans ce tube à une température comparativement basse, et descendant dans le tube, est progressivement chauffé de sorte que les vapeurs à point d'ébullition inférieur sont prog gressivement produites pendant le passage du liquide vers le bas à travers le tube.
Les vapeurs à point d'ébullition différents se mélangent pendant leur circulation vers le haut ± travers le tube, les vapeurs à point d'ébullition supérieur produites à des hauteurs inférieures dans le tube étant en contact avec les poils de brosse de température inférieure dans leur course vers le haut sont con- de@@ées et ramenées au courant liquide pour reoirouler au bas de la paroi du tube de chauffage et y être revaporisées, amenant ainsi un fractionnement progressif dans le récipient chauffé durant le oyolage thermique.
La rotation de la brosse produit une force centrifuge tendant à rejeter les vapeurs plus lourde., le brouillard et le liquide vers la paroi, du tube pour un chauffage initial et pour aider à la circulation du brouillard
Dans la forme simple de l'invention les vapeurs produites dans le tube de chauffage peuvent être retirées du sommet du tube pour condensation ou, si l'on veut, être passées dans une tour de fractionnement comme représenté fig. 4, dans laquelle les vapeurs s'élevant dans la tour viennent d'abord en contact avec une surface plus froide
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et sont rejetées pour l'enlèvement du condensat, seules les vapeurs plus légères s'élevant jusqu'à l'orifice de sortie de vapeur.
Quoique dans la description précédente on ait mentionné une brosse composée de hérissons, il est évident que tout autre dispositif mécanique permettant d' effectuer la distribution de la chaleur dt l'atomisation, rentre dans le cadre de l'invention, de même, l'invention qui a été décrite pour une distillation simple, peut évidemment être employée sous des conditions de chaleur supérieures ou avec application de pression pour le cracking des hydrocarbures.
REVENDICATIONS
1 Procédé de distillation consistant à projeter le liquide de charge vers la périphérie de la chambre d'un récipient de traitement; à convertir le liquide en b@ouil- lard à la périphérie de la chambre; à conduire intérieurement de la chaleur dans des zones transversales très rapprochées de la chambre,à vaporiser le brouillard par la chaleur transmise et à retirer les vapeurs de la chambre.
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PATENT
The present invention relates to a process and apparatus for separating lighter components from heavier components by distillation in liquids and has as a main object the recovery of lighter components from the liquid by rapidly treating the liquids at hot without overheating.
A method and apparatus for separating lighter components from heavier components by distillation in liquids.
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According to ordinary practice, the liquids to be distilled are heated in tanks or in tanks which are heated externally, which produces an uneven distribution of heat in the liquid and a superheating of the part of the liquid which is in contact with it. the surface of the delimiting walls. Although an Irregular heat distribution is not a major drawback for the treatment of some liquids, it is in other cases, such as for hydrocarbons, from which it is advantageous to obtain precise fractions, and in particularly for cracking operations in which the overheating brings about a secondary cracking and consequently the deposit of free carbon on the wall of the tank or of the tube.
The essential objects of the invention are, therefore, to achieve the distribution of heat in the liquid under radiation treatment and maximum surface contacts with the liquid, and simultaneously effect the cycling of the liquid and its vapors. was condensed in accordance with the thermal forces involved as a result of the temperature differences at different points along the length of the retort.
In the accompanying drawings, given solely by way of example, there is shown an improved apparatus allowing the implementation of the method according to the invention; in these drawings: FIG. 1 is a longitudinal section of a cor-
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naked or column of distillatioeertiosie; fig. 2 is a horizontal section on line 2-2 of FIG. 1;
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fig. 3 is a detail perspective view of a portion of the heat and liquid atomization distributing brush; fig. 4 is an axial longitudinal section of part of a column of modified form, including a fractionation tower element.
With particular reference to the drawings:
Reference 1 designates a heating chamber, preferably circular to allow the baffle circulation of the heating means inside from an inlet 2, at one end of the chamber, to an outlet 3 at its opposite end.
A fireplace 4, of any suitable type, provides heating. The inlet and outlet ducts 2 and 3 are connected to it, the outlet duct 3 opening into a chimney 5. The heating chamber is preferably provided with baffles or baffles o to direct the circulation and the inlet duct 2 is provided with a register 7 to control and direct the heating means to regulate the temperatures inside the chamber. The hearth is preferably fitted with an auxiliary duct 8 going to the chimney and closed at 9 for additional heat regulation.
A tube 10 reigns in the center of the heating chamber 1 and has an upper annular flange 11 in contact with a clamp 12 carried by auxiliary supports near the hearth, but not shown in this example.
A centering flange 13 at the bottom of the heating chamber surrounds the tube 10, but is not there @
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fixed so as not to interfere with the expansion and contraction of the tube.
At the top of the tube 10 a cover 14 is fixed and preferably comprises a chamber 15 for collecting the vapors as will be described, and having at its lower end an inclined neck 18 located in the upper part of the chamber of the tube 10 and provided with 'a flange 17 forming a ring 18 from which the liquid supplied by a pipe 19 is distributed at the top of the tube.
A steam outlet pipe 20 opens on the side of the upper part of the chamber 15 and leads to a condenser indicated at 21; a circular flange 23 is arranged under the upper wall 22 of the chamber. This flange carries a qnnulaire nozzle 24 through which the reflux of liquid supplied by a pipe 25 can be poured out as rain on the vapors rising in the chamber.
The top wall 22 and the flange 23 of the chamber 15 are bored for passage of a shaft and the passage of the shaft is counterbored to receive the gasket 26. A gearbox 27 is mounted on top of the shaft. cover 14, this box comprises a channel 28 concentric with the danale channel above the cover 14 and provided with a pre-packing cap 29 for compressing the packing 26.
In the gearbox, concentrically with channel 28, is a shouldered ring 30 for enclosing a bearing stop 31 for a shaft 32 resting on the stopper by a collar 33 and extending downward into the vapor space in the shaft. cover 14 above the heating chamber 10.
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An angle pinion 34 is fixed to the shaft 32 above the collar 33, this pinion meshes with a pinion 35 on a shaft 36 extending outside the gearbox and provided with a control member, such as than a transmission pulley 37.
The shaft 32 extends above the angle pinion 34 through the collar 38 of a cover 39 on the gearbox and is provided with a rolling member 40 associated with a rolling member 41 in the collar. . Rising from the plate 39 an annular flange 42 forms a chamber 43 around the shaft, and an inverted cup 44 covers the end of the shaft, this cup has side openings 45 in the annular chamber formed by the ring 42. .
The upper end of shaft 32 is bored, and tube 46 passes through cup 44 in said bore to supply coolant to the shaft. A baffle plate 49 is secured at the top of the shaft in cup 44 to deflect liquid exiting the shaft channel 36 laterally to the wall of cover 44.
An outlet pipe 48 is provided for draining the coolant. The lower end of shaft 32 is preferably conical and a hollow shaft 50 is suspended from the shaft by means of a collar 49, screwed onto the lower end of shaft 32; this shaft 50 has a length such that it runs substantially over the length of the heating tube 10, but is moved away from its end for the present purpose indicated.
Collar 49 is clamped to form a stop ring 51 having spokes 52 carrying a balancing ring.
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brage 53, and the opposite end of the shaft 50 is provided with a ring 54 similar to the ring 51 but sliding on the shaft. A brush 55 is mounted on the shaft between the rings 51 and 54. This brush preferably consists of several elements 56 (FIG. 3), each constituted, preferably, by several stiff bristles or bristles 57 in a conductive material of heat, radiating from a central ring 58 formed by a twisted and corrugated wire at their outer parts to form an expandable surface.
The elements 50 are compressed on the shaft by screwing the plug 59 to. the free end of the shaft to keep the element beaters close to each other and form a compact brush body in which the beaters are brought together but leave a passage for the vapors and fog formed by the liquid in treatment inside the chamber.
The brush 55 is of such a diameter that it fits tightly into the heating tube while allowing rotation of the ends of the hedgehog in contact with the wall of the tube, the heat applied externally to the tube being thus distributed in a uniform manner. substantially uniform throughout the section of the tube chamber.
The ring 54 is adjustable on the lower end of the shaft 50 by means of a plug 59 having an inner tonal 00 for the passage of steam or other heating means in the shaft, if desired.
The lower end of tube 10 is closed by a base plate 61 having an inclined lower surface leading to a bowl 62 having a drainage duct.
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dange 63, to remove the residues of the chamber formed at the bottom of the tube 10 under the brush. A nozzle 64 opens at the bottom of the bowl ooncentrically to the shaft 50 to send steam or other auxiliary heating fluid inside the tube 10, the nozzle 64 terminating above the normal level of the liquid residue in the tube. the bottom of the tube. In the variant of the apparatus shown in FIG.
4, a fractionation tower prite 65 is interposed between the top of the heating tube and a steam chamber 15 'substantially identical to the chamber 15 shown in FIG. 1, with the exception of the oil distribution ring at its lower end.
A gearbox 27 is mounted on the vapor chamber 15 ', a transmission shaft 06 descends from the gearbox into the fractionation chamber; this shaft has a collar 67 in the upper part of the fractionation chamber. A collar 68 is screwed onto the shaft at the bottom of the fractionation chamber, and it is associated with the collar 67 to hold the brush on the shaft 66.
Mounted on the shaft 66, by means of a spider 69 on the shaft and a clamping ring 70 entering an annular groove 71 in the shaft, is a collar 72, approximately conical, provided with a flange 73 at its lower end to establish an annular space 75 in the upper part of the heating tube for the distribution of the load from a supply pipe 19 to the tube adjacent to its wall.
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konté above the flange 73 and oarté <the side wall of the collar, by means of bolts 76 and spacers 77 is a timing ring
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78 whereby the oil discharged against the side wall of the bowl is distributed substantially uniformly around the tube.
A ring 79 on the periphery of collar 72 serves to prevent oil splashing upward into the fractionation chamber.
Shaft 66 has a preferably tapered threaded lower end from which the brush shaft is suspended by means of a cap 49 as previously described.
To obtain an additional fraction of the fractionation chamber, a drain 80 is provided at the bottom of the chamber around the bowl 69 through which the condensate can be drained by means of a pipe 81; if desired. If no additional fraction is desired, pipe 81 is closed and the condensate returned to the heating tube over the edge of the drain. The SI vapors rising in the fractionation tower in the collecting chamber 15 'are withdrawn by the vapor line 20 and can, if desired, be returned by the reflux liquid sent from the pipe 25 through a nozzle 82. at the bottom of a bowl 83 hanging from above the collecting chamber.
In the implementation of the method with the apparatus described, the liquid to be distilled, sent to the top of the heating tube near its wall, comes into contact with the rotating brush and is sprayed by the brush as a mist by the action of mechanical agitation of said brush. The brush, rotating in contact with the wall of the heating tube, conducts heat from said wall inwardly towards the center of the shaft, so
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so that the temperature in the tube is substantially uniform in all its sections and the liquid and its mist are heated substantially uniformly in all of said sections.
Although the liquid can be reheated before being sent to the distillation tube, it enters this tube at a comparatively low temperature, and descending into the tube, is gradually heated so that the lower boiling point vapors are gradually. produced during the passage of liquid down through the tube.
The different boiling point vapors mix as they circulate upwards ± through the tube, the higher boiling point vapors produced at lower heights in the tube being in contact with the lower temperature brush bristles in their upward stroke are driven and returned to the liquid stream to roll back to the bottom of the heater tube wall and vaporize therein, thereby causing gradual fractionation in the heated vessel during thermal oiling.
The rotation of the brush produces a centrifugal force tending to reject the heavier vapors, mist and liquid towards the wall of the tube for initial heating and to aid in the circulation of the mist
In the simple form of the invention the vapors produced in the heating tube can be removed from the top of the tube for condensation or, if desired, passed through a fractionation tower as shown in fig. 4, in which the vapors rising in the tower first come into contact with a cooler surface
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and are rejected for condensate removal, only the lighter vapors rising to the steam outlet.
Although in the previous description a brush made up of hedgehogs was mentioned, it is obvious that any other mechanical device making it possible to distribute the heat of the atomization comes within the scope of the invention, likewise, the The invention which has been described for simple distillation can of course be employed under higher heat conditions or with the application of pressure for cracking hydrocarbons.
CLAIMS
1 Distillation process consisting in projecting the feed liquid towards the periphery of the chamber of a treatment vessel; converting the liquid to boil at the periphery of the chamber; to conduct heat internally in very close transverse areas of the chamber, to vaporize the mist by the heat transmitted and to remove the vapors from the chamber.