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Perfectionnement au fractionnement de substances par essorage de mousses
L'invention est relative au fractionnement de substances par essorage de mousses, suivant le procédé décrit dans le brevet . belge- , N 438.951.
On a reconnu que le rendement, aussi bien que la vitesse de certains fractionnements ou séparations, selon le procédé décrit dans le brevet belge ci-dessus. étaient quelquefois fortement perturbés par des remous se produisant à l'intérieur des colonnes de mousse en cours d'essorage par suite d'une montée dissymétrique des bulles de mousse dans le tube. La turbulence de certaines régions des colonnes de mousse provoque un nouveau mélange de fractions déjà séparées, par exemple en faisant redescendre des parties supérieures
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d'une colonne de mousse vers des parties inférieures ou inversement. Ces phénomènes perturbateurs sont surtout fréquents dans les régions très fluides des colonnes de mousse.
Ils se produisent, en outre, d'autant plus facilement que les sections des colonnes de mousse sont plus grandes et que le débit gazeux est plus fort.
L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de faire en sorte que la colonne de mousse se comporte comme une véritable colonne de fractionnement comparable à celles utilisées dans la distillation fractionnée ou à un chromato- gramme,. chaque tranche horizontale contenant un système homogène au point de vue de la composition ou de la concentra- tion des substances constituant la mousse ou adsorbées par les interfaces de celle-ci, ou tout au moins la composition ou la concentration étant homogène dans chaque anneau concentrique à 1(axe de la colonne.
Dans ce but et suivant l'invention, la colonne de mousse est pourvue de moyens pour communiquer à la mousse un mouvement circulaire,,, destiné à homogénéiser sa composition, ce mouvement circulaire pouvant se composer avec le mouvement vertical d'ascension de la mousse.
Le moyen employé dans ce but consiste de préférence en un agitateur coaxial à la colonne de mousse, mais il doit être conçu de façon à provoquer un déplacement laminaire de la mousse et exclure tout phénomène de turbulence, quelle qu'en soit sa vitesse.
Les colonnes de mousse doivent être entraînées dans un mouvement de rotation tel qu'elles puissent tourner parallè lement à l'axe du cylindre ou du récipient qui les contient, de telle sorte que si aucune pression gazeuse ne s'exerçait à la base de ces colonnes de mousse, chaque bulle parcourrait une trajectoire circulaire dans un plan horizontal. Si les
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conditions sont telles que la colonne de mousse ait tendance à se déplacer ( par exemple vers le haut ) la composante ainsi introduite provoque un déplacement des bulles, non plus sur un cercle, mais sur une hélice.
Ce procédé, qui a essentiellement pour but d'éviter toute turbulence ( la vitesse d'agitation doit être telle que l'on n'atteigne jamais le régime de Reynolds) , présente, au surplus, un autre avantage, qui est un allongement considérable du parcours que les bulles ont à suivre depuis la région où elles sont créées ( liquide ) jusqu'à leur point d'arrivée ( sommet de la colonne de mousse ).
En effet, en l'absence d'agitation, et aussi en l'absence de turbulence la trajectai= re d'une pareille bulle serait pratiquement une ligne brisée à zig-zags de très petites amplitudes, en direction verticale par exemple, tandis que par l'emploi des systèmes agitateurs qui viennent d'être décrits, ce parcours s'enroule sur une hélice dont le pas peut être réglé à volonté par la vitesse d'agitation ( composante tangentielle ) et par le débit gazeux ( composante verticale).
L'allongement de la trajectoire ainsi réalisé permet d'assurer l'essorage complet de la mousse dans une colonne de hauteur moindre que celle qu'il faudrait prévoir en l'absence de toute agitation.
En outre, si la vitesse de rotation communiquée à la mousse est suffisante, la force centrifuge peut ajouter son effet à celui de la pesanteur pour intensifier l'essorage, la mousse se trouvant alors soumise, à l'intérieur même de la colonne, à une véritable centrifugation.
Au dessin annexé, qui montre, à titre d'exemple, un appareil pour la mise en oeuvre de l'invention: la fig. 1 est une vue schématique dudit appareil et la f ig. 2 est un schéma explicatif.
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En se référant au dessin, 1 désigne la colonne de mousse, surmontant le récipient 2 contenant le liquide, à la base duquel est branchée une arrivée de gaz comprimé, traversant une cloison poreuse quelconque appropriée, destinée à diviser le gaz en fines bulles provoquant le moussage du liquide.
Comme décrit dans le brevet -belge, N 438.951, il s'établit dans la colonne 1 un double courant : un courant ascendant de mousse et un courant descendant de liquide d'essora ge. Par suite des différences de vitesse du liquide sur les interfaces des bulles de mousse et dans les canicules capillaire séparant celles-ci, il se produit un enrichissement des interfa- ces en éléments dissous dans le liquide d'essorage, et par conséquent un gradient de concentration s'établit tout le long de la colonne de mousse, la concentration desdits éléments diminuant, du sommet vers la base de la colonne. En même temps, il peut se produire, le cas échéant, un fractionnement des divers éléments lorsque la solution en contient plusieurs.
Lorsque toutes les bulles d'une même section horizonte le X Y ( fig. 2 )ont la même vitesse d'ascension, la concentra- tion en éléments adsorbés est uniforme dans toute cette section.
Toutefois, il peut arriver avec certaines mousses, surtout si le tube possède une forte section ou si le débit gazeux est très fort, que la vitesse d'ascension des bulles ne soit pas uniforme dans une même section et qu'il se produise à un moment donné une turbulence, comme indiqué par les flèches, ayant pour effet de remélanger les fractions antérieurement séparées, la ligne de concentration uniforme étant par exemple MN.
Pour éviter cet inconvénient, on dispose à l'intérieur de la colonne 1 un agitateur ou dispositif équivalent destiné à communiquer aux bulles un mouvement de rotation dans chaque plan horizontal X Y, ce mouvement se composant avec le mouvement
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vertical d'ascension des bulles. Dans l'exemple indiqué, l'agitateur comporte un axe central 5 et des bras radiaux 6 pourvus d'éléments verticaux 7, mais bien entendu on pourrait utiliser toutes espèces d'agitateur, pourvu qu'ils remplissent les conditions exposées précédemment.
L'agitateur peut être rigide ou souple; il peut être entraîna par un. moteur quelconque , par exemple un moteur électrique 8.
Comme exposa ci-dessus, l'agitation peut avoir un triple effet :
1. Supprimer les turbulences qui perturbent l'établissement d'un gradient progressif de concentration et d'un régime d'équi- libre stable.
2. Accroître le trajet des bulles de mousse et par suite l'essorage, pour une hauteur de colonne de moussage donnée.
5. Intensifier l'essorage par l'effet centrifuge, s'ajoutant à celui de la pesanteur.
REVENDICATIONS
1. - Procédé de fractionnement de substances en soluti ou en dispersion dans un liquide par essorage d'une colonne de mousse, caractérisé ,en ce qu'on communique à la colonne de mousse un mouvement de rotation autour de l'axe vertical de cette colonne, afin d'éviter la turbulence dans les couches successives de la colonne de mousse.
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Improvement in the fractionation of substances by dewatering foams
The invention relates to the fractionation of substances by dewatering foams, according to the process described in the patent. Belgian-, N 438.951.
It has been recognized that the yield, as well as the speed of certain fractionations or separations, according to the process described in the Belgian patent above. were sometimes strongly disturbed by eddies occurring inside the columns of foam being drained as a result of an asymmetrical rise of foam bubbles in the tube. The turbulence of certain regions of the foam columns causes a new mixing of already separated fractions, for example by lowering upper parts
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from a column of foam to the lower parts or vice versa. These disturbing phenomena are especially frequent in the very fluid regions of the foam columns.
They occur, moreover, all the more easily the larger the sections of the foam columns and the stronger the gas flow.
The object of the invention is to remedy this drawback and to ensure that the foam column behaves like a true fractionation column comparable to those used in fractional distillation or to a chromatogram. each horizontal slice containing a homogeneous system from the point of view of the composition or the concentration of the substances constituting the foam or adsorbed by the interfaces thereof, or at least the composition or the concentration being homogeneous in each concentric ring to 1 (column axis.
For this purpose and according to the invention, the foam column is provided with means for imparting to the foam a circular movement ,,, intended to homogenize its composition, this circular movement being able to consist of the vertical upward movement of the foam. .
The means employed for this purpose preferably consists of a stirrer coaxial with the column of foam, but it must be designed so as to cause a laminar displacement of the foam and to exclude any phenomenon of turbulence, whatever its speed.
The foam columns must be driven in a rotational movement such that they can rotate parallel to the axis of the cylinder or of the container which contains them, so that if no gas pressure is exerted at the base of these columns. columns of foam, each bubble would travel a circular path in a horizontal plane. If the
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conditions are such that the column of foam tends to move (for example upwards) the component thus introduced causes a displacement of the bubbles, no longer on a circle, but on a helix.
This process, which essentially aims to avoid any turbulence (the stirring speed must be such that the Reynolds regime is never reached), has, moreover, another advantage, which is a considerable elongation. of the route that the bubbles have to follow from the region where they are created (liquid) to their point of arrival (top of the foam column).
Indeed, in the absence of agitation, and also in the absence of turbulence, the trajectory of such a bubble would practically be a broken line with zig-zags of very small amplitudes, in the vertical direction for example, while by using the stirring systems which have just been described, this path winds around a propeller, the pitch of which can be adjusted at will by the stirring speed (tangential component) and by the gas flow (vertical component).
The lengthening of the trajectory thus produced makes it possible to ensure the complete dewatering of the foam in a column of less height than that which should be provided in the absence of any agitation.
In addition, if the speed of rotation imparted to the foam is sufficient, the centrifugal force can add its effect to that of gravity to intensify the dewatering, the foam then being subjected, inside the column itself, to a real centrifugation.
In the accompanying drawing, which shows, by way of example, an apparatus for implementing the invention: FIG. 1 is a schematic view of said apparatus and f ig. 2 is an explanatory diagram.
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Referring to the drawing, 1 designates the foam column, surmounting the container 2 containing the liquid, at the base of which is connected a compressed gas inlet, passing through any suitable porous partition, intended to divide the gas into fine bubbles causing the foaming of the liquid.
As described in Belgian patent, N 438,951, a double stream is established in column 1: an ascending stream of foam and a descending stream of scavenging liquid. As a result of the liquid velocity differences at the interfaces of the foam bubbles and in the capillary heat waves separating them, there is an enrichment of the interfaces in elements dissolved in the dewatering liquid, and consequently a gradient of concentration is established throughout the column of foam, the concentration of said elements decreasing, from the top to the base of the column. At the same time, where appropriate, a fractionation of the various elements may occur when the solution contains several.
When all the bubbles of the same section horizontally along the X Y (fig. 2) have the same speed of rise, the concentration of adsorbed elements is uniform throughout this section.
However, it can happen with certain foams, especially if the tube has a large section or if the gas flow is very strong, that the rate of rise of the bubbles is not uniform in the same section and that it occurs at a At a given moment, turbulence, as indicated by the arrows, having the effect of remixing the previously separated fractions, the line of uniform concentration being for example MN.
To avoid this drawback, there is placed inside the column 1 a stirrer or equivalent device intended to impart to the bubbles a rotational movement in each horizontal plane X Y, this movement being made up of the movement.
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vertical rise of bubbles. In the example shown, the agitator comprises a central axis 5 and radial arms 6 provided with vertical elements 7, but of course all types of agitator could be used, provided they meet the conditions set out above.
The agitator can be rigid or flexible; it can be trained by one. any motor, for example an electric motor 8.
As discussed above, agitation can have a triple effect:
1. Eliminate turbulence which disturbs the establishment of a progressive concentration gradient and a stable equilibrium regime.
2. Increase the path of the foam bubbles and consequently the dewatering, for a given foam column height.
5. Intensify the spinning by the centrifugal effect, adding to that of gravity.
CLAIMS
1. - Process for fractionating substances in solute or in dispersion in a liquid by dewatering a column of foam, characterized in that the column of foam is imparted to a rotational movement around the vertical axis of this column, in order to avoid turbulence in the successive layers of the foam column.