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Procédé et installation pour séparer des matières.
La présente invention se rapporte à un procédé pour séparer des matières, dont l'une au moins est volatile, en soumettant ces matières à un enlèvement de chaleur.
On connaît de nombreux procédés servant à séparer un corps volatil d'avec un mélange. Ces procédés consistent d'ordinaire à faire passer und courant d'air sur l'ensemble des matières de façon à extraire le composant volatil.
Dans ces procédés, par exemple dans le séchage de corps humides, il faut opérer avec de grandes quantités d'air qui exigent un grand débit d'air pour leur mise en mouvement. En outre, la dessiccation est en général très lente. De nombreuses substances sont séchées en les abandonnant simplement à elles-mêmes. C'est ainsi p.ex. que le bois fraîchement coupé est mis en piles et exposé plusieurs années au courant d'air naturel.
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Si l'on veut accélérer le séchage par élévation de température, il se produit facilement des fissures et le oois estrendu impropre à la plupart de ses usages. Dans la concentration de solutions par vaporisation, il s'agit souvent ae substances sensibles 1. la chaleur. Alors, on a recours à des procédés utilisant le vide, dans le but d'abaisser la température d'extraction du constituant volatil.
Lais ces procédés ne sont pas économiques.
En somme, tous les procédés techniques connus jusqu'à ce jour pour l'extraction de substances volatiles contenues dans oes mélanges opèrent avec de l'air en mouvement dont la saturation par rapport au corps volatil à extraire est relativement faible, celui-ci étant emporté et éventuellement séparé en un endroit éloigné. Des essais prolongés ont montré qu'il est possible de réaliser la séparation de telles substance: sans mouvement d'air.
D'après le procédé suivant la présente invention, ce résultat est obtenu en plaçant les matières entre deux éléments ou deux groupes d'éléments de température différente, dont au moins un élément ou un groupe d'éléments possède une température égale au point de rosée au corps volatil, et en réchauffant les autres éléments ou groupes d'éléments à une tempé- rature supérieure, p.ex. en les reliant par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur. De cette manière, il est possible d'effectuer au choix une séparation complète ou partielle des matières avec une dépense d'énergie notoirement minime.
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Le procédé est conduit de manière que les éléments de chauffage agissent sur un seul côté des matières à séparer, soit par contact direct soit à une petite distance. Par contre, les éléments refroidisseurs ne doivent pas toucher la matière à sécher, ils doivent toujours en être écartés de façon à ménager un espace libre, par exemple de 2 à 3 mm. Sous l'influence unilatérale de la chaleur, le corps volatil est chassé du côté opposé et vient saturer l'air contenu dans l'espace intermédiaire, provoquant la condensation du dit corps volatil contre les éléments refroidisseurs.
De la'sorte, l'équilibre est constamment rompu dans l'espace intermédiaire et de nouvelles quantités du corps volatil se vaporisentpuis se condensent. Par suite, le séchage s'effectue rapidement et à basse température, donc sans endommager la partie sensible à la chaleur des matières à séparer.
Les dessins annexés représentent, simplement à titre d'exemple non limitatifs, quelques dispositifs de réalisation du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe horizontale à travers une première forme d'exécution, qui est représentée en vue latérale à, la fig. 2 .
La fige 3 montre en coupe horizontale une seconde forme d'exécution.
La fig. 4 montre une 3eforme d'exécution en coupe horizontale.
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La fig. 5 est une variante de la fig. 1, et la fig. 6 représenta un détail.
Dans la or:ne d'exécution aes fig. 1 et 2, les parois conductrices 1 et 2 limitent deux récipients 15 et 16 réunis avec les échangeurs 11 et 13 par des connuites 17 et 18. Ces récipients sont renipli,,, de liquide qui circule constamment pour uniformiser autantque possible leur tempérautre.
La paroi 1 est séparée de la paroi 2 par une bande d'étoffe ou de grillage métallique 3, tendue et déplacée par deux galets 4 et 5. Le dispositif est destiné à. concentrer une solution qui est amenée par un robinet 6 etrecueille à, l'état concentré dans un bac 7. Les parois 1 et 2 sontmaintenues à leur température, p.ex. au moyen d'un système rempli de gaz ammoniac et comportant une pompe 9 dans laquelle débouche la conduite 14 d'arrivée du gaz détendu, tandis que la conduite de départ du gaz comprimé 10 va à l'échangeur 11, puis à la tuyère 12. Le gaz se détend dans cette dernière, puis passe à l'échangeur 13 et retourne par la conduite 14 à la pompe 9.
La compression du gaz dans la pompe 9 en élève la température et le rend apte à échauffer le liquide venant du récipient 15 et se trouvant dans l'échangeur 11. ensuite le gaz se refroidit en se détendant dans la tuyère 12, puis il refroidit le liquide qui se trouve dans l'échangeur 13 en provenance du récipient 16.
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Alors que la différence de température est maintenue entre les parois 1 et 2, on fait arriver lentement entre ces deux parois la bande 4 chargée de la solution à. traiter. L'eau contenue dans la solution est évaporée et le produit résiduel appauvri en eau est recueilli dans le bac 7.
Le procédé suivant l'invention s'applique fort bien au séchage de corps solides, p.ex de produits coulés ou de bois. S'il s'agit de bois, on le place directement entre les parois 1 et 2. Dans le cas de substances granuleuses, on peut les convoyer par une bande de transport qui circule entre les dites parois.
Pour travailler économiquement dans le cas de grands échanges de chaleur entre les éléments chauds et les éléments froids, il est avantageux d'utiliser plusieurs pompes à chaleur, comme indiqué schématiquement en fig. 5.
Ces pompes sont couplées ensemble, l'évaporateur de l'une étant en relation de transmission thermique avec le condenseur de l'autre pour constituer l'échangeur lla, 13. Les compresseurs 9 et 9a fournissent chacun la moitié de la puissance totale de l'installation.
D'ailleurs, pour réaliser d'importants échanges calorifiques entre les éléments chauds et les éléments froids, suivant la nature des matières à sécher, on peut coupler en série un nombre quelconque de pompes 2, chaleur.
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1e plus, au liju uts soupapes au u Ldl1 L", on peut utiliser, pour détendre le fluide circulant, autant de machines à expansion, que l'on peut coupler pour
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seconder la C.1 .rGrle aes cOfre8surs.
..'exploitation du rocédé selon l'invention peut aussi être basée sur l'emploi de machines frigorifiques à absorption sans compresseur recevant l'énergie
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n:cos2è.tire par chaunag électrique ou au gaz. Ces machines peuvent aussi être couplées pour produire de grands échanges calorifiques entre les éléments
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tetupératura Gi il'érente.
Pour <.,üütî2ùûr 16 a#bit cie matière volatile extraite, il est opportun de réaliser le bande 3 comme corps de
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Gri::LIJde suri'ace et porosité, ce lJui peut se faire par des moyens connus déjà appliqués avec succès dans des installations de séchage par vaporisation ou par le vicie.
La surface du corps de séchage ou bande peut être établie p.ex. avec des ailettes, des rainures, des plis, des roches, des parties étendues de formes analogues à des cônes ou à des éventails, etc. On peut amplifier aussi la surface en réalisant les paroiset la bande en plusieurs couches d'une matière poreuse, p.ex. avec un grillage métllique et aes tissus.
Afinj d'intensifier l'échange calorifique des éléments chauds avec la bande 3, on peut munir les premiers d'une grande surface, comme les ailettes de raoiateurs pour le chauffage central.
Pour accroître l'absorption de chaleur par les éléments froids et par conséquent élever leur pavoir de séparation, on peuten augmenter la surface.
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Dans tous les cas, tant pour les éléments de chauffage que pour les éléments refroidisseurs et les porteurs des matières à séparer, on peut faire usage de copeaux de métal disposés en une ou plusieurs couches pour augmenter la surface active. Les copeaux peuvent être retenus par une couche d'étoffe disposée à, l'extérieur.
Pour la surface de condensation, il y a lieu de placer dans la couche de copeaux ou derrière, des rainures servant à recueillir et à. enlever la matière volatile condensée, p.ex. de l'eau. Les rainures peuvent communiquer avec des rigoles ou des tuyauteries.
Les fig. 3 et 4 montrent schématiquement que, pour simplifier, on peut brancher directement les éléments de chauffage et les éléments refroidisseurs sur la pompe à chaleur. Le fluide qui circule dans cette pompe est alors comprimé directement dans les espaces creux des éléments chauffants 15 et il est détendu dans les espaces creux des éléments refroidisseurs 16. Par là, les échangeurs sont supprimés. Mais, dans ce cas, il faut dimensionner ces éléments d'après la pression à l'extérieur ou la pression à l'intérieur.
La fig. 3 représente schématiquement une installation sans échangeur, avec ses éléments de chauffage 15 et ses éléments refroidisseurs 16. Les conduites 10 et 14 qui partent du compresseur ou y aboutissent débouchent en haut des éléments 15 et 16. Les tuyaux de raccordement 19 et 20 sont logés au bas des éléments, ainsi que la tuyère 12.
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La matière à sécher 3 se trouve entre les éléments 15 et 16 dans leur champ d'activité. Dans cette installation, le fluide de la pompe à chaleur passe
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directement dans les éléments de ciuuff;4ge et re- froi@@/isseurs.
La fig. 4 représente une installation dans laquelle la transmission de chaleur sur les éléments 15 et 16 s'effectue par les serpentins 21 et 22, par l'intermédiaire d'un fluide qui remplit les espaces libres des récipients.
Le fluide actif de la pompe 9 circule à trafers les tuyaux de raccordement 10 et 14, 19 et 20, ainsi que les serpentins 21 et 22; il est comprimé dans les serpentins des éléments ue c@auffage et détendu dans les serpentins aes éléments refroidisseurs. Cet agencement permet l'emploie de pressions particulièrementélevées sans fatiguer outre mesure les parois aes éléments.
La matière à sécner 3 se trouve dans l'espace utile entre les parois conductrices 1 et 2. La tuyère 12 est montée entre les tuyauteries 19 et 20.
La fig. 6 représente un élément de chauffage ou un
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élément refroiéii2scmr, 15 ou 16, avec un tube 21, ±2 pour les mêmes buts qu'à la fig. 4. L'espace compris entre le tuyau 21, 22 et les parois de l'élément 15, 16 est rempli d'un corps conducteur de la chaleur non représenté.
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Method and installation for separating materials.
The present invention relates to a process for separating materials, at least one of which is volatile, by subjecting these materials to heat removal.
Many methods are known for separating a volatile substance from a mixture. These methods usually involve passing an air stream over all of the materials so as to extract the volatile component.
In these processes, for example in the drying of wet bodies, it is necessary to operate with large quantities of air which require a large flow of air for their setting in motion. In addition, drying is generally very slow. Many substances are dried by simply leaving them on their own. For example, freshly cut wood is stacked and exposed to the natural air current for several years.
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If drying is to be accelerated by raising the temperature, cracks easily occur and the material is rendered unsuitable for most of its uses. In the concentration of solutions by vaporization, these are often heat-sensitive substances. So, vacuum-based processes are used in order to lower the extraction temperature of the volatile component.
But these methods are not economical.
In short, all the technical processes known to date for the extraction of volatile substances contained in these mixtures operate with moving air, the saturation of which with respect to the volatile body to be extracted is relatively low, the latter being taken away and possibly separated in a remote location. Prolonged tests have shown that it is possible to achieve the separation of such substances: without air movement.
According to the method according to the present invention, this result is obtained by placing the materials between two elements or two groups of elements of different temperature, of which at least one element or a group of elements has a temperature equal to the dew point. to the volatile body, and heating the other elements or groups of elements to a higher temperature, eg connecting them by means of a heat pump. In this way, it is possible to carry out either a complete or partial separation of the materials with a conspicuously minimal expenditure of energy.
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The process is carried out so that the heating elements act on only one side of the material to be separated, either by direct contact or at a small distance. On the other hand, the cooling elements must not touch the material to be dried, they must always be separated from it so as to leave a free space, for example 2 to 3 mm. Under the unilateral influence of heat, the volatile body is expelled from the opposite side and saturates the air contained in the intermediate space, causing the condensation of said volatile body against the cooling elements.
From that sort, the equilibrium is constantly upset in the intervening space and new quantities of the volatile body vaporize and then condense. As a result, the drying takes place quickly and at low temperature, therefore without damaging the heat-sensitive part of the materials to be separated.
The appended drawings represent, simply by way of non-limiting example, some devices for carrying out the method according to the invention.
Fig. 1 is a horizontal section through a first embodiment, which is shown in side view in, FIG. 2.
Figure 3 shows a second embodiment in horizontal section.
Fig. 4 shows a third embodiment in horizontal section.
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Fig. 5 is a variant of FIG. 1, and fig. 6 represented a detail.
In the gold: no execution in fig. 1 and 2, the conductive walls 1 and 2 limit two receptacles 15 and 16 joined together with the exchangers 11 and 13 by connuites 17 and 18. These receptacles are reinforced with liquid which circulates constantly to standardize their temperature as much as possible.
The wall 1 is separated from the wall 2 by a strip of fabric or metal mesh 3, stretched and moved by two rollers 4 and 5. The device is intended for. concentrate a solution which is fed through a tap 6 and collects in the concentrated state in a tank 7. The walls 1 and 2 are maintained at their temperature, eg by means of a system filled with ammonia gas and comprising a pump 9 into which opens the pipe 14 for the inlet of the expanded gas, while the outlet pipe for the compressed gas 10 goes to the exchanger 11, then to the nozzle 12. The gas expands in the latter, then passes to the exchanger 13 and returns via line 14 to pump 9.
The compression of the gas in the pump 9 raises its temperature and makes it suitable for heating the liquid coming from the receptacle 15 and located in the exchanger 11. then the gas cools by expanding in the nozzle 12, then it cools the gas. liquid which is in the exchanger 13 coming from the container 16.
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While the temperature difference is maintained between the walls 1 and 2, the strip 4 loaded with the solution is made to arrive slowly between these two walls. treat. The water contained in the solution is evaporated and the residual product depleted in water is collected in tank 7.
The process according to the invention is very suitable for the drying of solid bodies, for example cast products or wood. In the case of wood, it is placed directly between the walls 1 and 2. In the case of granular substances, they can be conveyed by a conveyor belt which circulates between said walls.
To work economically in the case of large heat exchanges between the hot elements and the cold elements, it is advantageous to use several heat pumps, as shown schematically in fig. 5.
These pumps are coupled together, the evaporator of one being in thermal transmission relation with the condenser of the other to constitute the exchanger 11a, 13. The compressors 9 and 9a each provide half of the total power of the pump. 'installation.
Moreover, in order to achieve significant heat exchange between the hot elements and the cold elements, depending on the nature of the materials to be dried, any number of heat pumps 2 can be coupled in series.
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1e more, with liju uts valves to u Ldl1 L ", one can use, to relax the circulating fluid, as many expansion machines, which one can couple for
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assist C.1 .rGrle aes cOfre8surs.
.. 'exploitation of the rock according to the invention can also be based on the use of absorption refrigeration machines without compressor receiving the energy.
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n: cos2è.tire by electric or gas chaunag. These machines can also be coupled to produce large heat exchanges between the elements
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tetupératura Gi il'érente.
For <., Üütî2ùûr 16 a # bit cie extracted volatile matter, it is advisable to realize band 3 as body of
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Gri :: LIJde suri'ace and porosity, this lJui can be done by known means already successfully applied in installations of drying by vaporization or by the vitiated.
The surface of the drying body or strip can be established eg with fins, grooves, folds, rocks, extended portions of cone-like or fan-like shapes, etc. The surface can also be amplified by making the walls and the strip in several layers of a porous material, eg with wire mesh and fabrics.
In order to intensify the heat exchange of the hot elements with the strip 3, the former can be provided with a large surface, such as the fins of raoiateurs for central heating.
To increase the absorption of heat by the cold elements and consequently to raise their separation pad, the surface can be increased.
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In all cases, both for the heating elements and for the cooling elements and the carriers of the materials to be separated, use can be made of metal chips arranged in one or more layers to increase the active surface. Chips can be retained by a layer of fabric placed on the outside.
For the condensation surface, it is necessary to place in the layer of chips or behind, grooves serving to collect and. removing condensed volatile matter, eg water. The grooves can communicate with channels or pipes.
Figs. 3 and 4 show schematically that, for simplicity, the heating elements and the cooling elements can be connected directly to the heat pump. The fluid which circulates in this pump is then compressed directly in the hollow spaces of the heating elements 15 and it is expanded in the hollow spaces of the cooling elements 16. Thereby, the exchangers are eliminated. But, in this case, it is necessary to dimension these elements according to the pressure outside or the pressure inside.
Fig. 3 shows schematically an installation without exchanger, with its heating elements 15 and its cooling elements 16. The pipes 10 and 14 which leave the compressor or end there open at the top of the elements 15 and 16. The connection pipes 19 and 20 are housed at the bottom of the elements, as well as the nozzle 12.
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The material to be dried 3 is between elements 15 and 16 in their field of activity. In this installation, the heat pump fluid passes
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directly in the elements of ciuuff; 4ge et re froi @@ / isseurs.
Fig. 4 shows an installation in which the heat transmission to the elements 15 and 16 is effected by the coils 21 and 22, by means of a fluid which fills the free spaces of the containers.
The active fluid of the pump 9 circulates through the connection pipes 10 and 14, 19 and 20, as well as the coils 21 and 22; it is compressed in the coils of the heating elements and relaxed in the coils of the cooling elements. This arrangement allows the use of particularly high pressures without unduly tiring the walls aes elements.
The material to be cut 3 is located in the useful space between the conductive walls 1 and 2. The nozzle 12 is mounted between the pipes 19 and 20.
Fig. 6 represents a heating element or a
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cooling element, 15 or 16, with a tube 21, ± 2 for the same purposes as in fig. 4. The space between the pipe 21, 22 and the walls of the element 15, 16 is filled with a heat conducting body, not shown.