FR2486411A1 - Pulsation system for extn. column etc. - using piston reciprocating in cylinder without touching cylinder bore, so energy consumption is very low - Google Patents

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Abstract

The system includes a piston, which is reciprocated in a cylinder. The piston has no sealing rings, so an annular gap exists between the periphery of the piston and the bore of the cylinder. When the piston is stationary, the pressure on both its surfaces is equal. This equalisation is pref. achieved by connecting one end of the cylinder to a chamber filled with a pressurised gas. The piston is pref. reciprocated in guides so it cannot touch the bore of the cylinder. In a pref. alternative design, a hollow piston is used with a one-way gas valve. Used where one liq. phase is used to dissolve a substance present in another phase, which may be a solid, liq. or gas. An inexpensive system with low energy consumption due to the absence of friction between the piston and the cylinder.

Description

La présente invention a pour objet un système de pulsation plus spécialement destiné aux colonnes prévues pour la mise en contact d'une première phase liquide avec une seconde phase solide, liquide ou gazeuse, notamment en vue de l'extraction d'une substance renfermée par la seconde phase et soluble dans la première. The present invention relates to a pulsation system more specifically intended for columns intended for bringing a first liquid phase into contact with a second solid, liquid or gaseous phase, in particular with a view to the extraction of a substance contained by the second phase and soluble in the first.

On sait que ces colonnes comprennent un garnissage intérieur, par exemple à plateaux perfores et/ou tronqués, à travers lequel on fait circuler les deux phases en sens inverse. En vue d'améliorer le contact entre celles-ci et de faciliter leur circulation (plus particulièrement dans le cas où la seconde phase est faite de solides divisés), on a eu l'idée d'impartir des pulsationsà la masse liquide remplissant la colonne. It is known that these columns include an inner lining, for example with perforated and / or truncated plates, through which the two phases are circulated in opposite directions. In order to improve the contact between them and to facilitate their circulation (more particularly in the case where the second phase is made of divided solids), we had the idea of imparting pulsations to the liquid mass filling the column .

Divers moyens ont été proposés à cet effet. Au début l'on a fait osciller les plateaux de garnissage, ce qui constituait une solution délicate et coûteuse à réaliser. On a utilisé un gaz sous pression agissant de façon pulsante sur le liquide du pied de la colonne par l'intermédiaire d'une canalisation verticale jouant le rôle de joint hydraulique propre à isoler la colonne de l'espace à gaz, mais ce système consomme beaucoup d'énergie. La solution la plus employée à l'heure actuelle consiste à relier le pied de la colonne à un cylindre dans lequel on fait osciller un piston.L'inconvénient est que le piston doit être étanche dans son cylindre, ce qui implique des frottements importants avec l'usure que ceux-ci provoquent, qu'il est soumis à la pression hydrostatique régnant au pied de la colonne, ce qui entraine des efforts exagérés sur les mécanismes bielle-manivelle de commande et qu'il est en contact avec le liquide renfermé par la colonne, lequel peut parfois être corrosif. Pour éviter ce dernier inconvénient on a songé à interposer des membranes ou soufflets isolant un liquide intermédiaire entre eux-mêmes et le piston, mais cela ne résoud pas les autres problèmes.Various means have been proposed for this purpose. At the beginning, the packing plates were made to oscillate, which was a delicate and costly solution. A pressurized gas was used which acts pulsatingly on the liquid at the bottom of the column via a vertical pipe acting as a hydraulic seal capable of isolating the column from the gas space, but this system consumes lot of energy. The solution most used at present consists in connecting the foot of the column to a cylinder in which one oscillates a piston. The disadvantage is that the piston must be tight in its cylinder, which implies significant frictions with the wear which these cause, that it is subjected to the hydrostatic pressure prevailing at the foot of the column, which causes exaggerated forces on the connecting rod-crank mechanisms and that it is in contact with the contained liquid by the column, which can sometimes be corrosive. To avoid this latter drawback, consideration has been given to interposing membranes or bellows isolating an intermediate liquid between themselves and the piston, but this does not solve the other problems.

L'invention vise à permettre de réaliser un système de pulsation qui ne comporte pas les inconvénients signalés. The invention aims to enable a pulsation system to be produced which does not have the drawbacks indicated.

Conformément à l'invention un système de pulsation, notamment pour colonnes du genre précité, comprend un piston mobile dans un cylindre, mais sans dispositifs d'étanchéité entre sa périphérie et la paroi du cylindre, tandis qu'il est prévu des moyens assurant substantiellement l'équilibre au repos des pressions sur l'une et l'autre face dudit piston. According to the invention, a pulsation system, in particular for columns of the aforementioned kind, comprises a piston movable in a cylinder, but without sealing devices between its periphery and the wall of the cylinder, while means are provided ensuring substantially the balance at rest of the pressures on both sides of said piston.

Dans une forme d'exécution préférée, les moyens précités sont constitués par une chambre à gaz sous pression. In a preferred embodiment, the above-mentioned means consist of a pressurized gas chamber.

On comprend que l'absence de dispositifs d'étanchéité entre le piston et le cylindre réduit considérahlement les frottements et l'usure. It is understood that the absence of sealing devices between the piston and the cylinder considerably reduces friction and wear.

Il est d'ailleurs possible de les éliminer complètement en guidant positivement la tige du piston. En raison de l'équilibre des pressions au repos, les fuites qui apparaissent en fonctionnement entre le piston et le cylindre restent d'importance très limitée et ne gênent nullement. Par ailleurs cet équilibre fait disparattre les efforts que doivent supporter les mécanismes bielle-manivelle ou équivalents dans les systèmes connus du fait que la pression hydrostatique n'agit que sur l'une des faces du piston. Il permet en outre d'utiliser des pistons relativement légers.It is also possible to eliminate them completely by positively guiding the piston rod. Due to the balance of pressures at rest, the leaks which appear in operation between the piston and the cylinder remain of very limited importance and do not interfere in any way. Furthermore, this balance eliminates the forces which the rod-crank mechanisms or the equivalent must bear in known systems because the hydrostatic pressure acts only on one of the faces of the piston. It also allows the use of relatively light pistons.

Dans une variante simplifiée le cylindre, prévu vertical constitue en même temps la chambre à gaz sous pression. On aboutit ainsi à une construction particulièrement simplifiée, peu coûteuse et néanmoins très efficace. In a simplified variant, the cylinder, provided vertical, constitutes at the same time the gas chamber under pressure. This results in a particularly simplified construction, inexpensive and nevertheless very effective.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer
Fig. 1 est une vue schématique montrant une colonne équipée d'un dispositif de pulsation établi suivant une première forme d'exécution de l'invention.The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is capable of providing.
Fig. 1 is a schematic view showing a column equipped with a pulsation device established according to a first embodiment of the invention.

Fig. 2 est une vue partielle correspondant à une variante. Fig. 2 is a partial view corresponding to a variant.

La colonne 1 représentée en fig. 1 est du type classique à plateaux tronqués 2. Elle comprend une chambre supérieure 3 et une chambre inférieure 4. Si pour fixer les idées on suppose qu'il s'agit de traiter des solides divisés (graines par exemple) par un solvant pour en extraire une substance telle qu'une huile, ces solides arrivent dans la chambre 3 par une canalisation 5 débouchant dans le bas de celle-ci, tandis que le solvant est introduit dans la chambre 4 par une tuyère 6. Le solvant enrichi sort par une canalisation 7 qui s'ouvre dans la chambre 3 au-dessus du débouché de la canalisation d'amenée 5 précitée et les solides épuisés sont évacués à partir de la chambre 4 par une canalisation inférieure 8 pourvue d'un sas ou autre pour éviter la vidange du liquide. Une canalisation d'évent 9, normalement ouverte#, est prévue dans le haut de la chambre 3. Column 1 shown in fig. 1 is of the conventional type with truncated plates 2. It comprises an upper chamber 3 and a lower chamber 4. If to fix the ideas it is assumed that it is a question of treating divided solids (seeds for example) by a solvent to extract a substance such as an oil, these solids arrive in chamber 3 through a pipe 5 opening out at the bottom thereof, while the solvent is introduced into chamber 4 through a nozzle 6. The enriched solvent leaves through a line 7 which opens in the chamber 3 above the outlet of the abovementioned supply line 5 and the exhausted solids are discharged from the chamber 4 by a lower line 8 provided with an airlock or the like to avoid the draining the liquid. A vent pipe 9, normally open #, is provided at the top of the chamber 3.

La chambre 4 communique par une canalisation à forte section 10 avec l'une des extrémités d'un cylindre 11 dans lequel est disposé un piston 12 dépourvu de dispositifs périphériques d'étanchéité (ce qu'on a indiqué en figurant volontairement un jeu manifestement exagéré entre le piston et le cylindre). La tige 13 de ce piston traverse un joint coulissant 14 et reçoit l'action d'une bielle 15 articulée à une manivelle 16. Dans l'exemple représenté la tige 13 se prolonge au-delà du piston 12 pour traverser un palier de guidage 17, l'étanchéité étant assurée sans joint coulissant par une douille allongée 18. Le piston est ainsi totalement supporté et ne vient pas au contact de la paroi du cylindre. The chamber 4 communicates by a large section pipe 10 with one of the ends of a cylinder 11 in which is disposed a piston 12 devoid of peripheral sealing devices (this has been indicated by voluntarily showing a clearly exaggerated clearance between the piston and the cylinder). The rod 13 of this piston passes through a sliding seal 14 and receives the action of a connecting rod 15 articulated to a crank 16. In the example shown, the rod 13 extends beyond the piston 12 to pass through a guide bearing 17 , the seal being ensured without sliding seal by an elongated sleeve 18. The piston is thus fully supported and does not come into contact with the wall of the cylinder.

L'extrémité du cylindre 11 opposée à la canalisation 10 est reliée par une autre canalisation à fort diamètre 19 avec une chambre ou cloche à gaz sous pression 20. On a représenté en 21 la canalisation qui permet de régler au degré voulu le remplissage gazeux de cette chambre. The end of the cylinder 11 opposite the pipe 10 is connected by another pipe with a large diameter 19 with a gas chamber or bell under pressure 20. The pipe is shown at 21 which makes it possible to adjust the gas filling to the desired degree. this room.

On comprend qu'en raison de la non-étanchéité de l'ensemble pistoncylindre la chambre 20 équilibre au repos la pression hydrostatique transmise par la canalisation 10. Le piston 12 est donc alors totalement libre et pendant la marche tout l'ensemble du système n'a à encaisser que les efforts dynamiques résultant de l'oscillation du piston. Le jeu entre celui-ci et le cylindre peut être tenu à une valeur telle que les fuites ne gênent nullement le fonctionnement et ne provoquent pas une consommation d'énergie notable. Par ailleurs on évite tout frottement et
toute usure entre le cylindre et le piston, lequel peut être réalisé sous forme relativement légère puisqu'il n'a plus de poussée hydrostatique à supporter.It is understood that due to the non-sealing of the piston-cylinder assembly the chamber 20 balances at rest the hydrostatic pressure transmitted by the pipe 10. The piston 12 is therefore then completely free and during operation the entire system n 'has to collect only the dynamic forces resulting from the oscillation of the piston. The clearance between the latter and the cylinder can be kept to a value such that the leaks do not in any way hamper operation and do not cause significant energy consumption. In addition, all friction is avoided and
any wear between the cylinder and the piston, which can be produced in a relatively light form since it no longer has hydrostatic thrust to bear.

La variante représentée en fig. 2 se distingue de la forme d'exécution précédente sur deux points. The variant shown in fig. 2 differs from the previous embodiment in two respects.

Tout d'abord sur la canalisation 10 on a interposé une chambre intermédiaire 22 renfermant une membrane séparatrice 23. Cette disposition en elle-même connue, et qui est d'ailleurs également applicable au cas de fig. 1, permet d'isoler l'ensemble piston-cylindre du liquide de la colonne, lequel peut en certains cas être corrosif. On prévoit alors de l'autre coté de la membrane 23 un autre liquide tel par exemple qu'une huile neutre. t
Mais la différence la plus importante par rapport à la forme d'exécution précédente est qu'ici le cylindre 24 joue en même temps le rôle de chambre à gaz sous pression. A cet effet il est disposé verticalement, comme montré. Quant au piston, ici référencé 25, il est établi sous la forme d'un corps cylindrique creux ouvert en direction du bas à la façon d'un piston de moteur. Sa tige 13 traverse le joint coulissant 14, puis est guidée par le palier coulissant 17 prévu au-dessus du cylindre.First of all on the pipe 10 an intermediate chamber 22 has been interposed containing a separating membrane 23. This arrangement in itself known, and which is moreover also applicable in the case of FIG. 1, isolates the piston-cylinder assembly from the column liquid, which in some cases can be corrosive. Then provided on the other side of the membrane 23 another liquid such as for example a neutral oil. t
But the most important difference compared to the previous embodiment is that here the cylinder 24 plays at the same time the role of pressurized gas chamber. For this purpose it is arranged vertically, as shown. As for the piston, here referenced 25, it is established in the form of a hollow cylindrical body open in the direction of the bottom in the manner of an engine piston. Its rod 13 passes through the sliding seal 14, then is guided by the sliding bearing 17 provided above the cylinder.

On règle le volume de gaz dans la partie-haute 24a du cylindre ou chambre 24 de façon que le piston 25 reste toujours immergé au moins en partie, de sorte que le fonctionnement est alors'le même que dans le cas de fig. 1. Pour éviter la présence à l'intérieur de ce piston de poches d'air qui pourraient amortir les pulsations de façon indésirable, on peut prévoir dans son fond un orifice d'évent 25a de très faible diamètre auquel on peut d'ailleurs associer un clapet unidirectionnel 25b de façon que l'air puisse sortir lors de la course descendante, mais que sa rentrée soit impossible quand le piston remonte. The volume of gas is adjusted in the upper part 24a of the cylinder or chamber 24 so that the piston 25 always remains at least partially submerged, so that the operation is then the same as in the case of FIG. 1. To avoid the presence inside this piston of air pockets which could damp the pulsations in an undesirable way, one can provide in its bottom a vent orifice 25a of very small diameter with which one can moreover associate a one-way valve 25b so that air can exit during the downward stroke, but that its re-entry is impossible when the piston rises.

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précede n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents.  It should moreover be understood that the above description has been given only by way of example and that it in no way limits the field of the invention from which one would not depart by replacing the details of execution described by all other equivalents.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Système de pulsation pour colonne d'extraction ou autre, du genre comprenant un piston oscillant dans un cylindre, caractérisé en ce qu'il nty est pas prévu de dispositif d'étanchéité entre le piston (12, 25) et la paroi du cylindre (11, 24), tandis que des moyens assurent substantiellement l'équilibre des pressions au repos sur l'une et l'autre face du piston. 1. Pulsation system for extraction column or the like, of the type comprising a piston oscillating in a cylinder, characterized in that there is no sealing device provided between the piston (12, 25) and the wall of the cylinder (11, 24), while means substantially ensure the equilibrium of the pressures at rest on both sides of the piston. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'égalisation des pressions sur l'une et l'autre face du piston (12, 25) sont constitués par une chambre à gaz sous pression (20, 24a). 2. System according to claim 1, characterized in that the pressure equalization means on one and the other face of the piston (12, 25) consist of a pressurized gas chamber (20, 24a). 3. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tige (13) du piston (12, 25) est guidée positivement de façon que le piston se déplace sans venir au contact de la paroi du cylindre (11, 24). 3. System according to claim 1, characterized in that the rod (13) of the piston (12, 25) is positively guided so that the piston moves without coming into contact with the wall of the cylinder (11, 24). 4. Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la tige (13) du piston (12) traverse les deux fonds du cylindre (11)s savoir l'un à travers un joint coulissant (14) à la façon connue et l'autre à travers un palier (17) fermé de façon étanche par une douille (18) de longueur appropriée. 4. System according to claim 3, characterized in that the rod (13) of the piston (12) crosses the two bottoms of the cylinder (11) s one through a sliding seal (14) in known manner and l 'other through a bearing (17) sealed by a sleeve (18) of suitable length. 5. Système suivant la revendication 1, avec cylindre vertical, caractérisé en ce que le haut (24a) de ce cylindre est rempli de gaz de manière à jouer le rôle de chambre à gaz sous pression. 5. System according to claim 1, with vertical cylinder, characterized in that the top (24a) of this cylinder is filled with gas so as to act as a pressurized gas chamber. 6. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (25) est en forme de cylindre allongé. 6. System according to claim 5, characterized in that the piston (25) is in the form of an elongated cylinder. 7. Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (25) est prévu creux et s'ouvrant vers le bas, à la façon connue dans les moteurs, son fond comportant un orifice d'évent (25a). 7. System according to claim 5, characterized in that the piston (25) is provided hollow and opening downwards, in the known manner in engines, its bottom comprising a vent orifice (25a). 8. Système suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'au trou d'évent (25a) est associé un clapet unidirectionnel qui permet au gaz de sortir du piston (25), mais lui interdit d'y rentrer. 8. System according to claim 7, characterized in that the vent hole (25a) is associated with a one-way valve which allows the gas to exit the piston (25), but prevents it from entering it. 9. Colonne pulsée, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un système de pulsation suivant l'une quelconque des revendications précédentes.  9. Pulsed column, characterized in that it is equipped with a pulsation system according to any one of the preceding claims.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2502414A1 (en) * 1975-01-22 1976-07-29 Metallgesellschaft Ag Liq-liq extraction in pulsed sieve-plate columns - having in excess of one metre

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DE2502414A1 (en) * 1975-01-22 1976-07-29 Metallgesellschaft Ag Liq-liq extraction in pulsed sieve-plate columns - having in excess of one metre

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