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Dispositif éohangeur de chaleur et de matière
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Invention! Heinrich KU1VZE et Josef STBIMBL
Dans le brevet français n 1 331 071 du 10 Août
1962 et dans le brevet belge n 621 296 du 10 Août 1962, on décrit un dispositif échangeur de ohaleur ou de matière entre des liquides et des gaz ou des vapeure,à l'aide d'un tambour tournant qui est agencé pour être chauffé ou refroidi et qui est monté dans une enveloppe horizontale ou inclinée sur l'horizontale et destinée à être chauffée ou refroidie, ledit tambour plongeant partiellement dans un lit liquide se trouvant dans ladite enveloppe et entrainant en tournant sur sa surface, dans le sens de la rotation,
uné mince oouche de liquide qui est mélangée dar.s le
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contenu de l'enveloppe au moment où le tambour la replonge darib @ le lit liquide. L'enveloppe est munie, sur ses deux faces en bout d'entrée et de sortie pour le liquide en écoulement axial continu et au-dessus du lit liquide, cette enveloppe comporte des entrées et des sorties pour les gaz ou les vapeurs qui doivent être mis en condition d'échange avec la couche liquiae.
Entre le tambour et l'enveloppe est ménagée une fente annulaire dans laquelle les gaz ou les vapeurs sont dirigés da. s le même sens ou en sens contraire à celui de l'écoulement du lit du fluide. Sur chaque élément de longueur @e la cuve a lieu une variation déterminée de la concentration du liquide, dette variation dépendant, en particulier, du débit de liquide qui passe sur'le cylindre en fonction du débit du lit.
Conformément à l'invention, l'efficacité de ce dispositif est considérablement améliorée pour des dimensions extérieures égales de l'enveloppe et pour une vitesse de rotation égale du cylindre par une disposition dans laquelle le tambour est conformé en tube cylindrique ouvert de part et d'autre et est fixé à l'arbre.par des rayons. Dans cet agencement, la surface intérieure du tube en rotation est également imprégnée de liquide et ainsi, la surface échangeuse de matière ainsi que la quantité du liquide entraîné sont doublées.
D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et des dessins sur lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe transversale schématique du dispositif de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe longitudinale schématique
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partielle d'une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention; et
Les figures 4 et 5 sont des coupes transver- sales de deux variantes de réalisation du dispositif de la figure 3.
Les figures 1 et 2 représentent un développe- ment d'un dispositif de l'invention de base, dans lequel plusieurs tubes concentriques 1, 2, 3, 4 ouverts à leurs extré'- mités sont assemblés concentriquement et plongent partiellement dans le courant de liquide 5 de manière à être imprègnes sur leurs deux surfaces périphériques, au cours de leur rotation.
Les gaz ou les vapeurs dirigés de préférence à contre-courant par rapport à l'écoulement de liqu@de s'écoulent par la fente circulaire comprise entre l'enveloppe et le tube extérieur 1 et par les diverses fentes 7 à 10, de section circulaire, comprises entre les tubes tournants, comme indiqué par les flèches 6, les surfaces limites de toutes ces fentes étant ainsi imprégnées d'une pellicule de liquide (figure 2). Dans ce mode de réalisa- tion, le courant de liquide en écoulement dans le fond de la cuve est divisé par l'assemblage de tubes plongeants, en canaux individuels annulaires d'écoulement dont les oontenus subissent un mélange intime, sous l'effet de la rotation, indépendamment les uns des autres.
La disposition de ce mode de réalisation correspond à un montage en parallèle de plusieurs cylindres individuels de diamètres différents.
En variante de réalisation représentée sur la figure 3, on produit un mélange intime du liquide et du courant de vapeur des canaux individuels, sur leur parcours le long de l'enveloppe 11, dans une disposition dans laquelle l'assemblage des tubes est divisé en trois parties !2, 13, 14
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placées à une certaine distance les unes des autres le long de l'arbre, et dans laquelle des bras mélangeurs 16 sont montés sur l'arbre 15 dans les intervalles compris entre ces groupes de tubes.
Dans une autre variante de réalisation, les tubes cylindriques présentent des fentes longitudinales à un emplacement de leur périphérie, les fentes 17 pouvant soit être alignées les unes sur les autres (figure 4) ou décalées les unes par rapport aux autres (figure 5). Par ailleurs, la liaison entre les divers intervalles annulaires peut également Atre réalisée par des perforations des tubes. L'enveloppe de la cuve est entourée d'une chemise de chauffage ou de refroidissement
L'appareil de l'invention est destiné, en parti- culier, à tous les processus d'éohange de matière entre un liquide et un gaz, dans lesquels il est important que le liquide soit réparti sur des surfaces aussi grandes que possible et que l'écoulement gazeux subisse des pertes de charge aussi faibles que possible.
La disposition de l'invention présente un avantage particulier, par rapport à l'appareil vertical connu à pellicule mince dans lequel le liquide est réparti mécaniquement sur la face interne du tube, du fait que le temps de séjour du liquide est réglable à volonté. Par ailleurs, le débit de la colonne à plusieurs cylindres est accru, en fonction du diamètre extérieur suivant une courbe qui monte plus forte- ment que oelle d'un rapport linéaire.
On peut citer, comme exemples d'application, une colonne de rectification sous vide à faible perte de charge, un dispositif de lavage de gaz pour absorbtion à faible perte de charge, un appareil d'évaporation et de dégazage de liquides, ou un appareil pour réactions ohimiques entre des liquides et aes gaz.
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Heat and material exchanger device
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Invention! Heinrich KU1VZE and Josef STBIMBL
In French patent n.1 331 071 of August 10
1962 and in Belgian Patent No. 621 296 of August 10, 1962, a device for exchanging heat or material between liquids and gases or vapors is described, using a rotating drum which is arranged to be heated or cooled and which is mounted in a horizontal casing or inclined to the horizontal and intended to be heated or cooled, said drum partially immersed in a liquid bed located in said casing and causing by rotating on its surface, in the direction of rotation ,
a thin layer of liquid which is mixed in the
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contents of the casing as the drum plunges it back into the liquid bed. The casing is provided on both sides at the end of the inlet and outlet for the liquid in continuous axial flow and above the liquid bed, this casing has inlets and outlets for the gases or vapors which must be placed in exchange condition with the liquid layer.
Between the drum and the casing is formed an annular slot in which the gases or vapors are directed da. s the same or opposite direction to that of the flow of the fluid bed. On each element of length @e the tank takes place a determined variation in the concentration of the liquid, this variation depending, in particular, on the flow of liquid which passes over the cylinder as a function of the flow of the bed.
According to the invention, the efficiency of this device is considerably improved for equal external dimensions of the casing and for an equal rotational speed of the cylinder by an arrangement in which the drum is shaped as a cylindrical tube open on both sides. other and is fixed to the tree by spokes. In this arrangement, the inner surface of the rotating tube is also impregnated with liquid and thus the material exchange surface as well as the amount of the entrained liquid are doubled.
Other objects and advantages of the invention will be better understood with the aid of the detailed description which follows and of the drawings in which:
FIG. 1 is a schematic longitudinal section of an embodiment of a device according to the invention; Figure 2 is a schematic cross section of the device of Figure 1; Figure 3 is a schematic longitudinal section
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partial of an alternative embodiment of a device according to the invention; and
FIGS. 4 and 5 are cross sections of two variant embodiments of the device of FIG. 3.
Figures 1 and 2 show a development of a device of the basic invention, in which several concentric tubes 1, 2, 3, 4 open at their ends are assembled concentrically and partially immerse in the flow of water. liquid 5 so as to be impregnated on their two peripheral surfaces, during their rotation.
The gases or vapors preferably directed against the current relative to the flow of liqu @ de flow through the circular slot between the casing and the outer tube 1 and through the various slots 7 to 10, of cross section circular, included between the rotating tubes, as indicated by arrows 6, the boundary surfaces of all these slots being thus impregnated with a film of liquid (FIG. 2). In this embodiment, the stream of liquid flowing in the bottom of the tank is divided by the assembly of dip tubes, into individual annular flow channels whose contents are intimately mixed, under the effect of rotation, independently of each other.
The arrangement of this embodiment corresponds to a parallel assembly of several individual cylinders of different diameters.
In an alternative embodiment shown in Figure 3, an intimate mixture of the liquid and the vapor stream of the individual channels is produced on their path along the casing 11, in an arrangement in which the assembly of the tubes is divided into three parts! 2, 13, 14
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placed at a certain distance from each other along the shaft, and in which mixing arms 16 are mounted on the shaft 15 in the intervals between these groups of tubes.
In another variant embodiment, the cylindrical tubes have longitudinal slots at a location on their periphery, the slots 17 being able either to be aligned with each other (FIG. 4) or offset with respect to each other (FIG. 5). Furthermore, the connection between the various annular intervals can also be made by perforations in the tubes. The casing of the vessel is surrounded by a heating or cooling jacket
The apparatus of the invention is intended, in particular, for all processes of exchange of matter between a liquid and a gas, in which it is important that the liquid is distributed over as large areas as possible and that the gas flow undergoes pressure drops as low as possible.
The arrangement of the invention has a particular advantage over the known vertical thin-film apparatus in which the liquid is mechanically distributed over the internal face of the tube, because the residence time of the liquid is adjustable at will. On the other hand, the flow rate of the multi-roll column is increased, as a function of the outside diameter following a curve which rises sharply than that of a linear ratio.
Examples of applications include a low pressure drop vacuum rectification column, a low pressure drop absorption gas scrubber, a liquid evaporation and degassing apparatus, or an apparatus. for ohimic reactions between liquids and gases.