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La présente invention se réfère notamment aux appareils le réaction ou d'échange qui sont traversés en continu par un lux de gaz en contact avec un flux de liquide, le gaz utilisé tant au voisinage de la saturation en vapeur du liquide ou mé- ].ange de liquides. Elle se réfère plus particulièrement aux appa- eils de réaction ou d'échange de ce type qui exigent des tempéra ..ures d'entrée et de sortie du gaz'nettement différentes de cel- e à laquelle le gaz est disponible et de celle à laquelle le , az doit éventuellement être restitué.
L'invention a pour objet un procédé qui permet de 'écupérer une fraction aussi grande que possible de l'enthalpie
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du gaz en même temps qu'une fraction également élevée du liquide ou mélange de liquides assurant la saturation du gaz.
Le procédé suivant l'invention consiste, d'une part, à faire passer le gaz chaud sortant de l'appareil de réaction ou dtéchange dans une première colonne ou série de colonnes dans lesquelles le gaz cède la majeure partie de sa chaleur et., simul- tanément, de la vapeur qu'il contient, à un ou plusieurs liquides de même nature que celui traversant l'appareil de réaction ou dtéchange, et d'autre part, à faire passer ce ou ces liquides dans une autre colonne ou série de colonnes dans lesquelles ils resti- tuent au gaz froid, entrant dans l'appareil de réaction ou d'échange, la chaleur et la vapeur emmagasinées.
Pour amener le gaz à la température et à la saturation nécessaires tant à l'entrée qu'à la sortie, l'invention prévoit l'utilisation éventuelle d'éléments de colonne supplémentaires.
Les liquides qui y circulent et qui sont recyclés sur l'élément lui-même, sont de même nature que celui traversant l'appareil de réaction ou dtéchange et reçoivent un appoint de chaleur ou de froid.
Un appareillage suivant l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend essentiellement les appareils sui- vants:
1) sur le circuit de gaz, dans l'ordre : a) avant l'appareil de réaction ou d'échange,une co- lonne composée de un ou plusieurs tronçons de préchauffage par récupération, éventuellement surmontés d'un tronçon de chauffage; b) après l'appareil de réaction ou dtéchange, une co- composée lonne /de un ou plusieurs tronçons de prérefroidissement par ré- cupération éventuellement surmontés d'un tronçon de refroidisse- ment.
2) Sur le ou les circuits de liquides, outre les tron- çons de contact avec le gaz
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a) une ou plusieurs pompes de recyclage; b) éventuellement, un réchauffeur et/ou un refroidis- seur par contact, respectivement alimentés par une source chaude à température un peu supérieure à celle du gaz chaud avant réac- tion et une source froide à température un peu inférieure à cel- le du gaz froid sortant; c) Des canalisations dtappoint ou de trop-plein des- tinés à compenser les variations de débit du liquide dues à la saturation du gaz aux diverses températures.
On a décrit ci-après, simplement à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation d'appareillages sui- vant ltinvention, en référence aux figures schématiques des des- sins annexés.
Dans le schéma de la fig. l, l'appareillage comprend, en amont de l'appareil de réaction ou d'échange 1, une colonne de chauffage par récupération 2 et, en aval de l'appareil 1, une colonne de refroidissement par récupération 3.
Cet appareillage comporte un seul circuit de fluide in termédiaire al a2. Ce fluide recyclé traverse de haut en bas la colonne 2 puis la colonne 3. le gaz froid traverse lui-même la colonne 2 de bas en haut d'où il sort préchauffé et pénètre dans l'appareil de réaction ou d'échange 1. Le gaz chaud sortant tra- verse ensuite la colonne 3 de bas en haut. Les flèches vertica- les représentent le trajet suivi par le gaz. Une pompe 4 est prévue pour assurer la circulation du fluide intermédiaire.
Dans le schéma de la fig. 2, l'appareillage comprend un circuit de récupération a1 a2 analogue à celui du schéma de la fig. 1. Cependant seuls les tronçons de récupération des colonnes de chauffage 2 et de refroidissement 3 sont traversés par le liquide intermédiaire. Cet appareillage comprend en outre un circuit de chauffage final b1 b2 dans lequel un liquide re- cyclé traverse de haut en bas un tronçon 7 de chauffage final de la colonne de chauffage, puis un réchauffeur par contact 8, une
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pompe 9 assurant la circulation de ce liquide. Il comprend enfin un circuit de refroidissement final c1 c2 dans lequel un liquide recyclé traverse de haut en bas le tronçon 10 de refroidissement final de la colonne de refroidissement, puis un refroidisseur par contact 11, une pompe 12 assurant la circulation du liquide.
L'appareillage de ce schéma est donc équivalent à celui xx du schéma précédent avec adjonction de circuits séparés de chauf- fage et de refroidissement final.
Dans la variante représentée dans le schéma de la fig. 3, l'appareillage comprend un seul circuit d1 d2 de liquide inter- médiaire. Le liquide recyclé traverse de haut en bas la colonne de chauffage qui, comme la précédente, comprend les tronçons de récupération 2 et de chauffage final 7, puis le refroidisseur par contact 11, la colonne de refroidissement constituée, comme celle de la fig. 2, par les tronçons de récupération 3 et de refroi- dissement final 10 et enfin le réchauffeur par contact 8. Des pompes 13 et 14 assurent la circulation.
L'appareillage suivant ce schéma est donc analogue à ec- lui du schéma de la fig. 2 avec cette différence que le liquide recyclé effectué toutes les opérations de récupération, chauffage refroidissement avec simplement l'appoint de chaud et de froid apporté par les échangeurs par contact.
L'appareillage représenté sur le schéma de la fig. 4 com- prend quatre circuits de liquides intermédiaires recyclés. Ces circuits sont les suivants - un premier circuit el e2 de récupération chaude dans le- quel le liquide circule comme sur le schéma de la fig. 1, les deux, tronçons des colonnes de refroidissement et de réchauffage re- liés entre eux par ce circuit étant, d'une part, le premier tron- çon 15 traversé par le gaz chaud sortant de 1''appareil de réac- tion ou d'échange 1 et, dtautre part, l'avant-dernier tronçon 16 traversé par le gaz froid préchauffé.
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- Un deuxième circuit f1 f2 de récupération froide dans lequel le liquide circule comme indiqué pour le premier circuit, les deux tronçons des colonnes de refroidissement et de réchauffa- ge reliés entre eux étant d'une part l'avant-dernier tronçon 17 traversé par le gaz chaud prérefroidi et, d'autre part, le pre- mier tronçon 18 traversé par le gaz froid entrant.
- un circuit de chauffage final g1 g2 dans lequel le li- quide circule comme dans le schéma de la fig. 2 entre un réchauf- feur par contact 19 et le dernier tronçon 20 de la colonne de chauffage.
- un circuit de refroidissement final hi h2 dans lequel le liquide circule comme dans le schéma de la fig. 2 entre un re- froidisseur par contact 21 et le dernier tronçon 22 de la colonne de refroidissement.
L'appareillage est complété par des pompes de circulation,
L'appareillage représenté sur la fig. 5 comprend deux circuits de liquides intermédiaires recyclés. Ces circuits sont les suivants : - un premier circuit il i2 de récupération chaude et de chauffage dans lequel le liquide circule à travers un réchauffeur par contact 23, les tronçons de chauffage final 24 et de récupé- ration chaude 25 de la colonne de chauffage (comme dans la colonne de chauffage du schéma de la fig. 3), puis traverse le tronçon de récupération chaude 26 de la colonne de refroidissement avant de revenir au réchauffeur 23;
- un deuxième circuit j1 j2 de récupération froide et de refroidissement dans lequel le liquide circule à travers les tron- çons de refroidissement final 27 et de récupération froide 28 de la colonne de refroidissement, puis dans le tronçon de récupéra- tion froide 29 de la colonne de chauffage et revient au tronçon 27 après avoir traversé un refroidisseur par contact 30.
L'appareillage est complété par des pompes de circula- tion convenablement disposées.
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Le fonctionnement de l'appareillage suivant l'invention est le suivant dans le cas d'un gaz disponible à basse températur et qui doit participer à haute température à une réaction ou à un échange, puis doit être ramené à basse température.
Le gaz froid traverse, dans l'ordre, la colonne de chauf- fage,l'appareil de réaction ou d'échange, puis la colonne de re- froidissement. En traversant successivement les tronçons des deux colonnes, le gaz rencontre des fluides de plus en plus chauds danc la colonne de chauffage et de plus en plus froids dans la colonne de refroidissement.
Par le jeu combiné des variations de température et de la vaporisation-condensation de la vapeur saturant le gaz, on ob- tient ainsi un gaz toujours très voisin de la saturation et dont la température peut atteindre, suivant le nombre de plateaux de chaque tronçon de colonne, une valeur aussi voisine que l'on veut de celle du fluide intermédiaire.
Les fluides intermédiaires sont ramenés à une température correcte, soit par l'équilibre de deux tronçons de récupération, soit par la compensation d'un tronçon de-chauffage ou de refroi- dissement au moyen d'un réchauffeur ou dtun refroidisseur par con tact.
Les prélèvements et additions de liquide résultant des va- riations de température des gaz saturés sont compensés par des connexions auxiliaires entre les différents circuits de liquides intermédiaires.
Dans les exemples qui précédent on a considéré plus par- ticulièrement le cas où les coefficients de séparation des va- peurs saturant le gaz sont plus petits que l'unité à la sortie s'ils sont plus grands à l'entrée ou inversement.
On peut obtenir les mêmes avantages lorsque les coefficients de séparation des vapeurs saturant le gaz restent soit plus grands, soit plus petits que l'unité, quelle que soit la tempé- rature, en scindant le ou les circuits de liquides intermédiaires
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en deux circuits distincts, ces deux circuits parcourant à contre courant un échangeur commun à travers lequel steffectue la récupé- ration de chaleur.
Dans la forme de réalisation représentée schématiquement sur la fig. 6, ltappareillage comprend, comme celui de la fig. 1 en amont de l'appareil de réaction ou d'échange 1, une colonne de chauffage par récupération 2 et, en xxxxxxxx aval de l'appareil 1, une colonne de refroidissement par récupération 3. Le circuit de liquide intermédiaire, au lieu d'être commun aux colonnes 2 et 3, est scindé en deux circuits distincts a'1 a'2- a"1 a"2.
Ces deux circuits parcourent à contre-courant un échangeur E à travers lequel s'effectue la récupération de chaleur.
La forme de réalisation représentée schématiquement fig.7 comprend un circuit de refroidissement cl c2 recyclé dans les colonnes de refroidissement 3 et 10 et un circuit de réchauffage di d2 recyclé dans la colonne 2 de chauffage. Ces deux circuits sont distincts et séparés par un réchauffeur El parcouru à contre- courant.
La colonne de chauffage final 7 est parcourue par un circuit bl B2 avec réchauffeur 8.
On prévoit en outre sur le circuit dl d2 un réchauffeur auxiliaire 8a qui permet, par son appoint, de porter le fluide sortant du tronçon 2 à une température plus élevée et par consé- quent de soulager le réchauffeur 8 très chargé par suite de la forte variation d'enthalpie du gaz saturé dans le tronçon 7.
On peut prévoir également sur le circuit cl C2 un refroi- disseur par contact 11.
Dans l'exemple de réalisation de la fig. 7, on a repré- senté en 11 12 le circuit du liquide traversant l'appareil 1, le- quel est une colonne de lavage. On a représenté en cl ,1b et bd les conduits d'intercommunication qui peuvent être prévus entre les circuits.
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La disposition qui vient d'être décrite permet de suppri- mer le mélange de liquides qui peuvent, si l'appareil 1 est une colonne à distiller effectuant un fractionnement, être de concen- trationsssez différenteso
Il y a lieu de noter que l'échangeur liquide-liquide utilisé est de dimensions plus réduites que l'échangeur gaz-gaz qui serait nécessaire pour une récupération directe, laquelle se- rait d'ailleurs très difficile à réaliser.
Parmi les avantages que permettent d'obtenir le procédé et l'appareillage suivant l'invention, on peut notamment signaler les suivants :
Les échanges entre gaz saturé et fluides intermédiaires dans les tronçons de colonne se font dans de bonnes conditions, bien supérieures en particulier à celles obtenues dans des échan- geurs récupérateurs sur le gaz par contact et non plus par mélan- ge.
Les échanges entre liquide et gaz par mélange dtune part et entre liquide et sources chaude ou froide par contact d'autre part, se font également dans de bien meilleures conditions que celles obtenues dans des réchauffeurs ou refroidisseurs de gaz par contact.
De plus, la saturation du gaz est assurée en tous points du circuit .
Il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation de l'appareillage qui ont été décrits ci.,.dessus. En particulier on peut augmenter le nombre de circuits de récupération et de fluides intermédiaires. De même le procédé et l'appareillage suivant l'invention peuvent aussi bien stappliquer au refroidissement de gaz quau chauffage de gaz avant réaction ou échange.