FR2459673A1

FR2459673A1 - Exchange column for two liquids of different densities - has pulse generator at top of hydrostatic balance leg from column foot

Info

Publication number: FR2459673A1
Application number: FR7916562A
Authority: FR
Inventors: Pierre Ayme
Original assignee: SRTI SOC RECH TECH IND
Current assignee: SRTI SOC RECH TECH IND
Priority date: 1979-06-27
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1981-01-16
Also published as: FR2459673B1

Abstract

Liq./liq. exchange column is for mass transfer operations between a light liq. and a heavy liq. Column has at the head end, an inlet for heavy liq. just below an outlet for light liq. At the foot of the column there is an outlet for heavy liq. just below an inlet for light liq. Between the two inlets at the head and foot respectively lies the active exchange zone occupies by the two liqs. in contact. Connected into the foot of the column is hydrostatic balance leg forming a continuous 'U' passage with the column. Leg is filled with an incompressible liq. and is provided with a pulse generator at a level corresp. with the head of the column. Incompressible liq. can be the heavy liq. which then fills both the leg and the foot of the column up to the exchange zone. Compressible liq. can be sepd. from the heavy liq. by a diaphragm in the foot of the column, below the level of the heavy liq. outlet. Pulse generator pref. comprises hydraulic ram which is axially reciprocated, e.g. by a powered crank mechanism.

Description

L'invention concerne un dispositif de pulsions pour colonne d'échange liquide-liquide. Elle concerne également une colonne d'échange munie d'un tel dispositif. The invention relates to a drive device for a liquid-liquid exchange column. It also relates to an exchange column provided with such a device.

La dispersion de deux liquides non rriscibles dans une colonne déchange liquide-liquide est obienue généralement en communiquant aux fluides en présence un mouvement alternatif La colonne comporte, dans sa partie acrive tin dispositif (garnissage, plateaux perforés etc...) qui favorise la dispersion en entravant le déplacement des deux liquides. The dispersion of two non-reflective liquids in a liquid-liquid exchange column is generally obtained by communicating to the fluids in the presence of an alternating movement. The column comprises, in its acrive part, a device (packing, perforated trays, etc.) which promotes dispersion by hindering the movement of the two liquids.

Différents systèmes sont utilises actuellement pour provoquer ce mouvement alternatif dans la colonne. Il existe par exemple le système dit à jambe et à gaz comprimé. Ce .système comporte une jambe d'équilibre qui forme, avec la colonne, un U dont '.es deux branches sont remplies de liquide. La mise en pulsions du liquide est obtenue en admettant du gaz comprimé au sommet de la jambe puis en remet tant celui ci en communication avec l'atmosphère par le biais d'un système de vannes commandées par un temporisateur. Different systems are currently used to cause this reciprocating movement in the column. There is for example the system called leg and compressed gas. This system comprises a balance leg which forms, with the column, a U whose two branches are filled with liquid. The pulsation of the liquid is obtained by admitting compressed gas at the top of the leg and then putting it back in communication with the atmosphere by means of a system of valves controlled by a timer.

L'emploi d'un gaz comprimé est, en soi, peu favorable sur le plan énergétique en raison des limitations du rendement de compression des gaz. The use of a compressed gas is, in itself, not very favorable from an energy point of view because of the limitations of the compression efficiency of the gases.

Un autre type de système consiste à engendrer une variation de volume alternative dans le pied de la colonne, soit par soufflet, soit par membrane directement commande par un système bielle-manivelle. Another type of system consists in generating an alternative volume variation in the base of the column, either by bellows or by membrane directly controlled by a connecting rod-crank system.

Ç.r-tte solution est souvent appliquée pour des colonnes de dimensions relativement modestes. U@e variante de ce système de pulsions consiste à comnander @@ déplacement d@ @@ meubrane au moyen d'une pression hydraulique géné par an groupe hy@ra@hque ; une vanne à trois voies commandée par un @einp@r@@@@te@ essure le mouv@@@@nt alternatif. This solution is often applied for columns of relatively modest dimensions. A variant of this drive system consists in controlling the movement of the furniture by means of a hydraulic pressure generated per year group hy @ ra @ hque; a three-way valve controlled by an @ einp @ r @@@@ te @ performs the alternative movement.

i' différents systèm@@@ à commande mécanique ou hydraulique présentent des inc@@ér@ents. Etant plac@@ en pied de colonne, ils nécessitent une énergie sui@isante, d'une part pour assare@ la mise en mouvement ascendant du liquide dans la cch@@a@ et, d'autre part, sepporter la charge statique provoquée par la masse de liquide con@ch@ dans celie-ci. i 'different systems @@@ mechanically or hydraulically present inc @@ er @ ents. Being located at the bottom of the column, they require sufficient energy, on the one hand to assert the setting in ascending motion of the liquid in the cch @@ a @ and, on the other hand, to bear the static charge caused by the mass of liquid con @ ch @ in it.

@@@@@@ésente in@ention a pour but de pallier ces inconvénients et concerne un dispositif de pulsions pour colonne d'échange liquide-liquide mettant en oeuvre la combinaison d'une jambe d'équilibre, avec les avantages que cela comporte, et d'un système de variation de volme qui est placé au niveau de la partie haute de la colonne et qui ne présonte donc plus l'inconvénient de devoir supporter la charge statique due fi la présence de liquide dans la colonne De plus, un tel dispositif conforne à l'invention faisant appel à l'action d'un fluide incompressible échapp aux inconvénients de l'unilisation d'air comprimé. @@@@@@ present in @ ention aims to overcome these drawbacks and relates to a drive device for liquid-liquid exchange column using the combination of a balance leg, with the advantages that this entails , and a volume variation system which is placed at the top of the column and which therefore no longer has the disadvantage of having to withstand the static charge due to the presence of liquid in the column In addition, a such a device conforms to the invention calling upon the action of an incompressible fluid which escapes the drawbacks of the use of compressed air.

L'invention concerne plus précisément un dispositif de pulsions pour colonne d'échange liquide-liquide. le premier et le second liquide étant dits respectivement "phase lourde" et "phase légère", cette colonne comportant une partie haute où se trouve l'orifice d'entrée de la phase lourde et l'orifice d'évacuation de la phase légère, une partie active dans laquelle a lieu l'échange entre les deux phases et un pied de colonne où se trouve l'orifice d'arrivée de la phase légère et l'orifice d'évacuation de la phase lourde, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une jambe d'équilibre formant un U avec la colonne, en communication avec le pied de celle-ci d'une part, et avec un générateur de pulsions d'autre part, situé au niveau de la partie haute de la colonne, cette jambe étant remplie au moyen d'un liquide incompressible. The invention relates more precisely to a drive device for a liquid-liquid exchange column. the first and the second liquid being called respectively "heavy phase" and "light phase", this column comprising an upper part where the inlet port for the heavy phase and the discharge port for the light phase are located, an active part in which the exchange takes place between the two phases and a column base where the light phase inlet port and the heavy phase discharge port are located, this device being characterized in that that it has a balance leg forming a U with the column, in communication with the foot thereof on the one hand, and with a pulse generator on the other hand, located at the upper part of the column, this leg being filled with an incompressible liquid.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles: - La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention; - La figure 2 représente un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention; - Les figures 3, 4, 5, 6 et 7 représentent des exemples non limitatifs de réalisation de moyens générateurs de pulsions coopérant avec les dispositifs illustrés sur les figures 1 et 2. The invention will be better understood with the aid of the explanations which follow and of the appended figures among which: - Figure 1 represents an exemplary embodiment of a device according to the invention; - Figure 2 shows a second embodiment of a device according to the invention; FIGS. 3, 4, 5, 6 and 7 represent nonlimiting examples of embodiment of pulse generator means cooperating with the devices illustrated in FIGS. 1 and 2.

Pour plus de clarté, les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. For the sake of clarity, the same elements are given the same references in all the figures.

La figure 1 représente un dispositif de pulsions pour une colonne d'échange liquide-liquide. Une telle colonne comprend essentiellement un orifice d'arrivée 2 du premier liquide de plus grande densité, dite "phase lourde" et un orifice d'arrivée 3 du second liquide de plus faible densité, dite "phase légère. Figure 1 shows a drive device for a liquid-liquid exchange column. Such a column essentially comprises an inlet orifice 2 of the first liquid of higher density, called "heavy phase" and an inlet orifice 3 of the second liquid of lower density, called "light phase".

Entre ces deux arrivées 2 et 3 se trouve une partie cylindrique 4 de la colonne appelée, colonne active, qui comporte de manière connue un moyen de dispersion 5 qui peut être notamment soit un garnissage, soit une combinaison de plateaux perforés. Cette colonne active 4 est terminée en bas par un pied de colonne 6 comportant un orifice d'évacuation 7 de la phase lourde et une partie haute comportant un déversoir 8 relié à un orifice d'évacuation 9 de la phase légère.Between these two arrivals 2 and 3 is a cylindrical part 4 of the column called, active column, which comprises in known manner a dispersing means 5 which can in particular be either a lining or a combination of perforated plates. This active column 4 is terminated at the bottom by a column base 6 comprising an evacuation orifice 7 for the heavy phase and an upper part comprising a weir 8 connected to an evacuation orifice 9 for the light phase.

C'est dans toute cette zone active que s'effectue les échanges entre les deux liquides. Plus la surface d'échange entre eux est grande, meilleure est la qualité de l'échange et donc le rendement de la colonne considérée. C'est précisément la fonction, du dispositif de pulsions de créer un mouvement du liquide alternatif vertical ascendant et descendant à une fréquence déterminée. Ceci engendre une vitesse des fluides à caractère sinusoidal. Le liquide étant freiné a tendance à se disperser en fines gouttelettes augmentant ainsi les surfaces d'échange.Conformément à l'invention, ce dispositif de pulsions comprend la combinaison d'une jambe d'équilibre 10 se présentant sous la forme d'une colonne de diamètre très inférieur à celui de la colonne active 4, qui forme avec elle un U,reliée au pied de colonne G d'une part, et à un générateur de pulsions 11 d'autre part qui sera décrit plus en détail ultérieurement mais dont la caractéristique essentielle est de se trouver au niveau de la zone haute de la colonne. La jambe d'équilibre 10 et le pied 6 de la colonne sont dans cet exemple de réalisation et conformément à l'invention remplis au moyen d'un liquide incompressible 12 qui est, dans ce cas, de même nature que la phase lourde introduite par l'orifice d'arrivée 2 de cette même phase liquide dans la colonne active.Un système de purge 13 permet éventuellement d'évacuer toute trace d'air qui pourrait exister dans le dispositif de pulsions.It is throughout this active area that the exchanges between the two liquids take place. The larger the exchange surface between them, the better the quality of the exchange and therefore the yield of the column considered. It is precisely the function, of the device of pulses to create a movement of the vertical alternating liquid ascending and descending at a determined frequency. This generates a velocity of the sinusoidal fluids. The liquid being braked tends to disperse in fine droplets thus increasing the exchange surfaces. In accordance with the invention, this drive device comprises the combination of a balance leg 10 in the form of a column of diameter much smaller than that of the active column 4, which forms with it a U, connected to the column bottom G on the one hand, and to a pulse generator 11 on the other hand which will be described in more detail later but of which the essential characteristic is to be at the level of the upper zone of the column. In this exemplary embodiment and in accordance with the invention, the balance leg 10 and the foot 6 of the column are filled by means of an incompressible liquid 12 which is, in this case, of the same nature as the heavy phase introduced by the inlet orifice 2 of this same liquid phase in the active column. A purge system 13 optionally makes it possible to evacuate any trace of air which could exist in the drive device.

La figure 2 illustre un second exemple de réalisation d'un dispositif de pulsions conforme à l'invention. Tous les éléments sont identiques à ceux qui ont été décrits au moyen de la figure 1, à l'exception du fluide incompressible 12 qui est maintenu dans le pied G de la colonne à un niveau détermine par la position d'un système déformable 14 qui sépare ce pied de manière étanche en une première et une seconde enceinte 40 et 41. La première communique avec la jambe d'équilibre et est remplie d'un liquide incompressible 12 qui peut être différent de la phase lourde introduite par Orifice d'arrivée 2 et la seconde communique avec la zone active de la colonne. Dans ce cas, l'orifice d'évacuation 7 de la phase lourde communique avec cette seconde enceinte 41.Le système déformable 14 est réalisée en un matériau déformable résistant chimiquement aux deux liquides traités dans la colonne et au fluide incompressible. Il peut s'agir notamment d'un néoprène, ou d'un élastomère revêtu de téflon, ou de tout autre matériau déformable. Figure 2 illustrates a second embodiment of a drive device according to the invention. All the elements are identical to those which have been described by means of FIG. 1, with the exception of the incompressible fluid 12 which is maintained in the foot G of the column at a level determined by the position of a deformable system 14 which separates this foot in a sealed manner into a first and a second enclosure 40 and 41. The first communicates with the balancing leg and is filled with an incompressible liquid 12 which may be different from the heavy phase introduced by Inlet orifice 2 and the second communicates with the active area of the column. In this case, the evacuation orifice 7 of the heavy phase communicates with this second enclosure 41. The deformable system 14 is made of a deformable material chemically resistant to the two liquids treated in the column and to the incompressible fluid. It may especially be a neoprene, or an elastomer coated with Teflon, or any other deformable material.

Un tel agencement permet d'utiliser un fluide incompressible 12 de nature différente de celui qui constitue la phase lourde servant au traitement dans la colonne. Dans cette variante, un générateur de pulsions 1 1 est également mis en oeuvre pour coopérer avec ce fluide incompressible 12 . Un tel. agencement permet aussi de s'affranchir des risques de pollution chimique du fluide incompressible par la phase lourde. Such an arrangement makes it possible to use an incompressible fluid 12 of a different nature from that which constitutes the heavy phase used for the treatment in the column. In this variant, a pulse generator 1 1 is also used to cooperate with this incompressible fluid 12. Such. arrangement also eliminates the risk of chemical pollution of the incompressible fluid by the heavy phase.

La figure 3 illustre un premier exemple d'un générateur de pulsions 11 destiné à coopérer avec le dispositif conforme à l'invention. il s'agit dans ce cas, d'un générateur de pulsions .hydraulique comportant un vérin 22 actionné par un groupe hydraulique 24 à travers un système de vannes à trois voies 23. Par une des voies, l'huile sous pression 30 fournie par ce groupe hydraulique agit sur le vérin 22 qui en se déplaçant agit sur le fuide incompressible 12 de la jambe 10 reliée à la colonne active comme cela a été décrit précédemment au moyen des figures 1 et 2. FIG. 3 illustrates a first example of a pulse generator 11 intended to cooperate with the device according to the invention. in this case, it is a hydraulic pulse generator comprising a jack 22 actuated by a hydraulic group 24 through a three-way valve system 23. By one of the tracks, the pressurized oil 30 supplied by this hydraulic unit acts on the jack 22 which, when moving, acts on the incompressible fluid 12 of the leg 10 connected to the active column as has been described previously by means of FIGS. 1 and 2.

Un temporisateur non représenté sur la figure dérive la circulation de cette huile à la fréquence de pulsions souhaitée pour chaque application déterminée, dans le circuit fermé 25 du groupe hydraulique 24. On obtient ainsi un mouvement alternatif ascendant et descendant du liquide dans la zone active de la colonne.A timer not shown in the figure bypasses the circulation of this oil at the desired frequency of pulses for each determined application, in the closed circuit 25 of the hydraulic unit 24. This gives an alternating up and down movement of the liquid in the active area of the column.

Il peut se faire que ltétanchéité au niveau du vérin 22 ne soit pas suffisante pour éviter une interaction nocive entre l'huile 30 du groupe hydraulique 24 et le fluide incompressible 12 du dispositif de pulsions conforme à l'invention. It may happen that the seal at the level of the jack 22 is not sufficient to avoid a harmful interaction between the oil 30 of the hydraulic unit 24 and the incompressible fluid 12 of the drive device according to the invention.

Dans cette hypothèse un agencement tel que représenté sur la figure 4 est alors prévu. Le vérin 22 au lieu d'agir directement sur le fluide incompressible 12, Je fait par l'intermédiaire d'un système déformable 21 placée dans un réservoir supplémentaire 20. Un fluide incompressible 120 est emprisonné entre le piston 22 et le système déformable 21. Ce dernier doit présenter les mêmes qualités que celles du système déformable 14 située dans le pied de la colonne 6 décrite au moyen de la figure 2. Le circuit du groupe hydraulique 24 est le même que dans le cas de la figure précédente. Ce système déformable sépare ce réservoir en deux enceintes dont l'une communique avec la jambe et l'autre avec le vérin.Comme le montre la figure 5, le vérin 22 peut être supprimé et dans ce cas, l'huile motrice d'un circuit hydraulique est directement injectée, puis décomprimée dans la partie inférieure du réservoir supplémentaire 20 audessous du système déformable 21.In this case an arrangement as shown in Figure 4 is then provided. The jack 22 instead of acting directly on the incompressible fluid 12, I do so by means of a deformable system 21 placed in an additional reservoir 20. An incompressible fluid 120 is trapped between the piston 22 and the deformable system 21. The latter must have the same qualities as those of the deformable system 14 located in the base of the column 6 described by means of FIG. 2. The circuit of the hydraulic unit 24 is the same as in the case of the previous figure. This deformable system separates this reservoir into two enclosures, one of which communicates with the leg and the other with the jack. As shown in FIG. 5, the jack 22 can be removed and in this case, the driving oil of a hydraulic circuit is directly injected, then decompressed in the lower part of the additional tank 20 below the deformable system 21.

La figure 6 illustre une autre variante de réalisation d'un générateur de pulsions qui au lieu d'être hydraulique est cette fois mécanique. Un piston 30 est actionné par un système bielle-manivelle 31 et agit sur le fuide incompressible 12 de la jambe 10 du dispositif de pulsions illustré au moyen de la figure 1 ou de la figure 2. FIG. 6 illustrates another alternative embodiment of a pulse generator which, instead of being hydraulic, is this time mechanical. A piston 30 is actuated by a rod-crank system 31 and acts on the incompressible fluid 12 of the leg 10 of the drive device illustrated by means of FIG. 1 or of FIG. 2.

Comme précédemment pour pallier des problèmes d'étanchéité qui pourraient se produire au niveau du piston 30 une variante de réalisation illustrée par la figure 7 peut être prévue. Le piston agit sur le fluide incompressible 120 contenu à l'intérieur d'un réservoir supplémentaire 20 qui est séparé de manière étanche du fluide incompressible 12 par l'intermédiaire d'un système déformable 21 de même nature que le système 14 décrit au moyen de la figure 2 et 21 décrit au moyen de la figure 4. Il s'agit dans tous les cas d'un système déformable et résistant aux différents fluides avec lesquels elle se trouve en contact. Dans ce cas également le système déformable 21 sépare le réservoir 20 en deux enceintes l'une en communication avec la jambe et l'autre avec le vérin mécanique. As previously, to overcome sealing problems which could occur at the level of the piston 30, an alternative embodiment illustrated by FIG. 7 can be provided. The piston acts on the incompressible fluid 120 contained inside an additional reservoir 20 which is sealed from the incompressible fluid 12 by means of a deformable system 21 of the same kind as the system 14 described by means of Figure 2 and 21 described by means of Figure 4. It is in all cases a deformable system and resistant to the various fluids with which it is in contact. In this case also the deformable system 21 separates the reservoir 20 into two enclosures one in communication with the leg and the other with the mechanical jack.

Comme cela a été dit précédemment, un tel agencement conforme à l'invention a pour résultat de présenter tous les avantages de la combinaison d'une jambe d'équilibre, en particulier celui de bénéficier du régime oscillatoire propre du circuit avec un rendement optimal dû à l'utilisation d'un fluide incompressible et d'un système assurant une variation de volume placé au sommet de la colonne ce qui permet de s'affranchir de la charge statique du liquide contenu dans celle-ci. As has been said previously, such an arrangement in accordance with the invention has the result of having all the advantages of the combination of a balance leg, in particular that of benefiting from the proper oscillatory regime of the circuit with an optimal efficiency due the use of an incompressible fluid and a system ensuring a variation in volume placed at the top of the column which makes it possible to overcome the static charge of the liquid contained in it.

Un dispositif conforme à l'invention présente de nombreuses applications. A device according to the invention has many applications.

Il peut être notamment utilisé chaque fois qu'un échange entre deux liquides de densités différentes et non miscibles est recherché (par exemple le lavage d'un liquide dit léger par un liquide dit lourd tel que respectivement de l'essence et de l'eau). Les exemples de telles applications sont extrêmement nombreuses dans le domaine de la chimie. It can in particular be used whenever an exchange between two liquids of different densities and immiscible is sought (for example the washing of a liquid said light with a liquid said heavy such as petrol and water respectively ). Examples of such applications are extremely numerous in the field of chemistry.

Claims

1. Pulse device for a liquid-liquid exchange column, the first and the second liquid being called "heavy phase" and "light phase" respectively, this column comprising a top part where the inlet opening of the heavy phase and the light phase discharge orifice, an active part in which the exchange takes place between the two phases and a column base where the light phase inlet orifice is located evacuation of the heavy phase, this device being characterized in that it comprises a balance leg forming a U with the column, in communication with the foot of the latter on the one hand, and with a pulse generator on the other hand, located at the top of the column, this leg being filled by means of an incompressible liquid.

2 drive device according to claim I, characterized in that this incompressible liquid is of the same nature as the heavy phase and also fills the bottom of the column to the active area.

3. drive device according to claim 1, characterized in that a deformable system which is chemically resistant to the action of the two phases is sealingly arranged in the base of the column separating it into two enclosures, the first communicating with the balance leg, the second with the active zone, the orifice for evacuating the heavy phase then being in this second enclosure.

4. Pulse device according to one of the preceding claims, characterized in that the pulse generator is constituted by a hydraulic cylinder actuated alternately by means of a group.

5. Pulse device according to claim 4, characterized in that, between the balance leg and the generator is disposed an additional reservoir containing an incompressible liquid separated in leaktight manner in two enclosures, by means of a deformable system, l 'one communicating with the leg and filled with the same incompressible fluid as the latter, the other communicating with the hydraulic cylinder.

6. Pulse device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pulse generator is constituted by a mechanical cylinder actuated by means of a rod-crank system.

7. pulse device according to claim 6, characterized in that, between the balance leg and the generator, is disposed an additional reservoir containing an incompressible liquid, separated in leaktight manner into two enclosures, by means of a deformable system , one communicating with the leg and filled with the same incompressible liquid as the latter, the other communicating with the mechanical jack.

8. Pulsion device according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a purge system.

9. Liquid-liquid exchange column, characterized in that it is provided with a drive device according to one of the preceding claims.