FR2604371A1 - Procede et dispositif d'echange entre un gaz et un liquide - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF D'ECHANGE GAZLIQUIDE DU TYPE DANS LEQUEL LE GAZ EST DISPERSE DANS LE LIQUIDE SOUS FORME DE BULLES. LE PROCEDE CONSISTE A FAIRE CIRCULER LE LIQUIDE ET LE GAZ DANS UNE BOUCLE FERMEE 1 ET A DERIVER UNE FRACTION DU DEBIT DE LIQUIDE CIRCULANT DANS LA BOUCLE A TRAVERS UNE PAROI SEPARATRICE 3 PERMEABLE AU LIQUIDE ET APTE A ARRETER LES BULLES GAZEUSES. LE PROCEDE ET LE DISPOSITIF CONFORMES A L'INVENTION PEUVENT EN PARTICULIER ETRE APPLIQUES POUR REALISER LA DISSOLUTION D'UN GAZ DANS UN LIQUIDE, OU UNE REACTION ENTRE UN GAZ ET UN LIQUIDE, NOTAMMENT EN PRESENCE D'UN CATALYSEUR, OU ENCORE EN VUE D'ASSURER LE DEGAZAGE D'UN LIQUIDE CONTENANT UN GAZ SOUS FORME DISSOUTE.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF D'ECHANGE ENTRE UN GAZ ET UN LIQUIDE
L'invention concerne un procédé pour réaliser un échange entre un gaz et un liquide en vue d'obtenir un transfert entre ces deux phases ; elle s'étend b un dispositif de mise en oeuvre et à diverses applications, notamment en vue de réaliser une dissolution d'un gaz dans un liquide ou une réaction entre un gaz et un liquide ou encore en vue d'assurer un dégazage d'un liquide contenant un gaz sous forme dissoute.
L'invention concerne un procédé pour réaliser un échange entre un gaz et un liquide en vue d'obtenir un transfert entre ces deux phases ; elle s'étend b un dispositif de mise en oeuvre et à diverses applications, notamment en vue de réaliser une dissolution d'un gaz dans un liquide ou une réaction entre un gaz et un liquide ou encore en vue d'assurer un dégazage d'un liquide contenant un gaz sous forme dissoute.
Les dispositifs d'échange gaz/liquide peuvent être classés en deux grandes catégories : les dispositifs dans lesquels le liquide est dispersé sous forme de films ou de gouttelettes dans la phase gazeuse (colonnes à garnissages, colonnes à pulvérisation...) et les dispositifs dans lesquels le gaz est dispersé sous forme de bulles dans la phase liquide.
L'invention vise un dispositif du second type.
L'inconvénient majeur des dispositifs connus de ce type provient du temps limité de séjour des bulles gazeuses dans la phase liquide, qui conduit à des transferts limités et à des pertes de gaz. Par exemple, dans un bassin d'aération à bulles en. ascension libre de 4 mètres de hauteur, les bulles ne restent en moyenne que 16 secondes dans l'eau et, de ce fait, le rendement de transfert en oxygène est de l'ordre de 15 à 20 % seulement.
Un dispositif perfectionné désigné par "bicône" est actuellement fabriqué par la Société "L'AIR
LIQUIDE. Ce dispositif comprend une enceinte formée par deux canes accolés par leur base, qui est traversée par le liquide dans le sens descendant, les bulles étant entrainées dans le même sens par la circulation liquide ; la forme de l'enceinte conduit à une décroissance de la vitesse de circulation descendante, de sorte que seules les très petites bulles de gaz sont entraînées à la base de l'enceinte, ce qui limite considérablement les pertes de gaz. Les rendements de transfert de tels dispositifs peuvent être de l'ordre de 80 à 90 %. Toutefois, dans ces dispositifs, le rendement est directement lié au volume de l'enceinte et un défaut majeur de ceux-ci réside dans leur encombrement.De plus, ces dispositifs se prêtent mal à un fonctionnement triphasique et sont en particulier mal adaptés à des réactions de transfert gaz/liquide exigeant la présence d'un catalyseur (ou d'un réactif) solide.
LIQUIDE. Ce dispositif comprend une enceinte formée par deux canes accolés par leur base, qui est traversée par le liquide dans le sens descendant, les bulles étant entrainées dans le même sens par la circulation liquide ; la forme de l'enceinte conduit à une décroissance de la vitesse de circulation descendante, de sorte que seules les très petites bulles de gaz sont entraînées à la base de l'enceinte, ce qui limite considérablement les pertes de gaz. Les rendements de transfert de tels dispositifs peuvent être de l'ordre de 80 à 90 %. Toutefois, dans ces dispositifs, le rendement est directement lié au volume de l'enceinte et un défaut majeur de ceux-ci réside dans leur encombrement.De plus, ces dispositifs se prêtent mal à un fonctionnement triphasique et sont en particulier mal adaptés à des réactions de transfert gaz/liquide exigeant la présence d'un catalyseur (ou d'un réactif) solide.
La présente invention se propose d'indiquer un procédé amélioré pour assurer un échange entre un gaz et un liquide, et à fournir un nouveau dispositif d'échange gaz/liquide, qui bénéficie de rendements de transfert améliorés, non limités par le volume et l'encombrement du dispositif.
Un objectif de l'invention est ainsi de fournir un dispositif d'encombrement réduit par rapport aux bicônes existants, susceptible d'atteindre des rendements de transfert proches de 100 S.
Un- autre objectif est de fournir un dispositif bénéficiant d'une grande souplesse d'adaptation, permettant de l'utiliser dans la plupart des applications liées à un échange gaz/liquide (dissolution d'un gaz dans un liquide, réaction entre un gaz et un liquide, le cas échéant en présence d'un catalyseur ou d'un réactif solide, dégazage d'un liquide...).
A cet effet, le procédé d'échange gaz/liquide conforme à l'invention est du type dans lequel le gaz est dispersé dans le liquide sous forme de bulles, et consiste à faire circuler le liquide et le gaz dans une boucle fermée et à dériver une fraction du débit de liquide circulant dans la boucle à travers une paroi séparatrice perméable au liquide et apte à arrêter les bulles gazeuses.
Le dispositif de mise en oeuvre comprend essentiellement une boucle fermée de circulation du liquide et du gaz, des moyens d'introduction du liquide et du gaz dans ladite boucle, des moyens de mise en circulation du liquide et du gaz dans la boucle, un extracteur pourvu d'une paroi séparatrice perméable au liquide et apte à arrêter les bulles gazeuses, ledit extracteur étant monté sur la boucle de façon à dériver à travers la paroi séparatrice une fraction du débit de liquide circulant dans la boucle, et des moyens d'évacuation du liquide s'écoulant dans l'extracteur à travers la paroi séparatrice.
Les moyens d'introduction du liquide et du gaz et les moyens de mise en circulation peuvent être des organes distincts (conduits débouchant dans la boucle fermée et pompe) ou être, au contraire, constitués par un organe assurant les deux fonctions (conduit de liquide injectant ce dernier à vitesse prédéterminée de façon à assurer un entraînement approprié dans la boucle de circulation).
Par "gaz" ou "liquide", on entend aussi bien des gaz ou liquides purs que des mélanges de gaz ou liquides.
Ainsi, dans le dispositif de l'invention, les bulles de gaz contenues dans la boucle de circulation fermée sont piégées en permanence dans celle-ci par la paroi séparatrice de l'extracteur, qui dérive une fraction du débit liquide circulant dans la boucle et permet son évacuation en l'absence qussi-totale de bulles gazeuses. En régime permanent, le débit de liquide ainsi évacué est égal au débit d'entrée, le gaz demeurant dans la boucle jusqu'à l'obtention d'un transfert total.
Dans le cas d'une dissolution d'un gaz dans un liquide ou d'une réaction entre gaz et liquide, la phase liquide et la phase gazeuse sont introduites dans la boucle de circulation par des arrivées séparées, des moyens de dispersion étant prévus pour disperser la phase gazeuse sous forme de bulles ; de plus, les moyens de mise en circulation (pompe ou autre) sont adaptés pour engendrer une circulation de liquide à une vitesse supérieure à la vitesse ascensionnelle limite des bulles gazeuses dans le liquide, de façon que lesdites bulles soient entraînées par le liquide sur toute la longueur de la boucle de circulation.
Les moyens de dispersion de la phase gazeuse peuvent être constitués par des moyens spécifiques (agitateur rotatif...) ou par des moyens de pompage remplissant également le rôle de moyens de mise en circulation du liquide ou encore par des moyens d'hydro-injection remplissant également le rôle de moyens d'introduction de la phase gazeuse.
Dans le cas d'une dissolution, le rendement de transfert atteint par mise en oeuvre du dispositif peut atteindre des valeurs très voisines de 100 S : il est ainsi possible d'obtenir, en sortie de l'extracteur, un liquide contenant une concentration en gaz dissous prédéterminée, simplement en prévoyant un débit; de gaz d'entrée correspondant à cette concentration (dans la mesure bien entendu où ladite concentration est inférieure à la limite de saturation du liquide).
Dans le cas d'une réaction gaz/liquide, un catalyseur ou un réactif solide peut le cas échéant être disposé dans la boucle fermée soit en suspension dans le liquide, soit en lit fixe. Il est à noter que, si la réaction conduit à un précipité, celui-ci demeure piégé dans la boucle fermée et peut être purgé séquentiellement ou en continu.
Le dispositif conforme à l'invention peut également être utilisé pour assurer le dégazage d'un liquide contenant un gaz dissous. Dans ce cas, le gaz est introduit sous forme dissoute dans le liquide par une arrivée commune et un purgeur est prévu en partie haute de la boucle de circulation en vue de l'évacuation de la phase gazeuse formée.
De plus, la mise en circulation sera réalisée à vitesse plus faible sans dispersion de façon à autoriser une coalescence des bulles formées et une accumulation du gaz en partie haute de la boucle fermée où se trouve le purgeur.
Par ailleurs, pour permettre un arrêt total ou quasi-total des bulles gazeuses, la paroi séparatrice de l'extracteur est choisie en un matériau mouillé préférentiellement par le liquide et est adaptée pour introduire une perte de charge inférieure à la pression capillaire des bulles de gaz vis-à-vis de ladite paroi en présence du liquide. De plus, on utilisera une paroi (constituée en particulier par une membrane poreuse ou une grille) dont les pores ou mailles sont de diamètre inférieur à 100 micromètres, très inférieur au diamètre moyen des bulles gazeuses (généralement de l'ordre de 1 à 3 millimètres).
(Par "matériau mouillé préférentiellement par le liquide", on entend un matériau mouillé préférentiellement par le liquide par rapport aux bulles gazeuses placées dans ledit liquide, c'est-à-dire, selon la définition courante, un matériau avec lequel, en présence du liquide, une bulle de gaz forme un angle de contact supérieur à 900).
Les caractéristiques stériques, de mouillabilité et de perte de charge ci-dessus définies rendent la paroi séparatrice apte à assurer au niveau de l'extracteur une séparation extrêmement efficace de la phase gazeuse par rapport à la fraction dérivée de la phase liquide : le pourcentage de gaz entraîné dans le débit liquide dérivé est ainsi négligeable, le rendement de transfert devenant sensiblement égal à 100 .
De plus, la paroi séparatrice de l'extracteur est avantageusement agencée en position tangentielle par rapport à la boucle de sorte que le débit principal de ladite boucle s'écoule selon une direction générale sensiblement parallèle à ladite paroi séparatrice et que le débit dérivé à travers cette dernière s'écoule selon une direction générale sensiblement orthogonale à la première. Les bulles gazeuses sont ainsi entraînées parallèlement à la paroi séparetrice avec une faible probabilité de contact avec celle-ci, probabilité d'autant plus faible que la vitesse de circulation est plus élevée dans la boucle.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens de mesure et de réglage de la pression à l'intérieur de la boucle de circulation. Ces moyens permettent de fixer la pression de la boucle à la valeur optimale fonction de l'application concernée ; par exemple, dans le cas d'une dissolution, une augmentation de la pression de la boucle accroît la cinétique de dissolution et permet de réduire les risques d'accumulation de gaz dans la boucle.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés, lesquels en présentent à titre d'exemples non limitatifs des modes de réalisation ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description
- la figure 1 est une vue en coupe axiale par un plan vertical d'un dispositif d'échanges gaz/liquide, adapté à la dissolution d'un gaz dans un liquide,
- la figure 2 est une coupe schématique de détail de ce dispositif, illustrant son fonctionnement,
- la figure 3 est une vue schématique d'une variante adaptée au dégazage d'un liquide.
- la figure 1 est une vue en coupe axiale par un plan vertical d'un dispositif d'échanges gaz/liquide, adapté à la dissolution d'un gaz dans un liquide,
- la figure 2 est une coupe schématique de détail de ce dispositif, illustrant son fonctionnement,
- la figure 3 est une vue schématique d'une variante adaptée au dégazage d'un liquide.
Le dispositif d'échange représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2 est plus particulièrement destiné à la dissolution d'un gaz dans un liquide et comprend une boucle fermée 1, formée par un conduit de section transversale circulaire ; cette boucle est composée en l'exemple par deux tronçons verticaux la et lb, reliés par deux tronçons, supérieur et inférieur, lc et ld;
Au niveau du tronçon vertical la et vers le haut de celui-ci, est disposé un extracteur 2 formé par une paroi séparatrice 3 et par une enceinte annulaire 4.
Au niveau du tronçon vertical la et vers le haut de celui-ci, est disposé un extracteur 2 formé par une paroi séparatrice 3 et par une enceinte annulaire 4.
La paroi séparatrice 3 est en l'exemple constituée par une grille cylindrique qui remplace sur une hauteur prédéterminée la paroi étanche de la boucle. Dans les exemples fournis plus loin, ladite grille était en acier inoxydable et ses mailles de forme carrée avaient un diamètre équivalent de l'ordre de 64 micromètres (diamètre de la section circulaire de même périmètre).
Dans les essais effectués, le liquide était constitué par de l'eau et le gaz par du C02 ou par de l'air.
L'acier inoxydable est préférentiellement mouillé par l'eau, c'est-à-dire que l'angle de contact 9 des bulles gazeuses avec la grille en présence d'eau est supérieur à 900, comme l'illustre la figure 2 (cet angle est égal à 1650 pour du C02) : de la sorte, la grille développe des forces de tension qui tendent à s'opposer au passage des bulles.
L'enceinte annulaire 4 présente une forme cylindrique, de diamètre supérieur à celui de la boucle 1 et de la grille 3. Elle entoure cette dernière de façon à former une chambre annulaire étanche de recueil de la fraction de liquide ayant traversé la grille dans le sens centrifuge. Un conduit d'évacuation 5 permet d'évacuer le débit de liquide parvenant dans l'enceinte 4.
Ce conduit 5 est doté d'une vanne 6 qui permet d'ajuster la pression de sortie du liquide. Lorsque les autres paramètres du dispositif sont fixés, cette vanne permet ainsi de régler la pression régnant à l'intérieur de la boucle ; un manomètre 7 fournit une mesure de cette pression et peut le cas échéant commander la vanne 6 (constitué en ce cas par une vanne pneumatique ou une électrovanne) en fonction d'une pression de consigne.
En outre, un manomètre différentiel 8 monté entre la boucle 1 et l'enceinte 2 dede l'extrscteur fournit une mesure de la différence de pression entre ladite boucle et ladite enceinte. Il est ainsi possible de contrôler la valeur de la perte de charge à travers la grille, de façon à vérifier que celle-ci reste inférieure à la pression capillaire Pc des bulles gazeuses vis-à-vis de la grille. Dans les essais effectués, cette perte de charge est demeurée très faible et, dans tous les cas, très inférieure à la pression capillaire Pc. Cette condition évite que certaines bulles passent à travers la grille en se déformant et en se refractionnant par effet "SNAP OFF" (malgré la petite taille des mailles par rapport à celle des bulles et malgré la mouillabilité préférentielle de l'acier inoxydable à l'égard de l'eau).
Il convient de rappeler que la pression capillaire Pc des bulles vis-à-vis de la grille en présence du liquide s'exprime par la relation
où f est la tension superficielle gaz/liquide,
9 est l'angle de contact des bulles de gaz avec la grille
en présence du liquide,
D est le diamètre équivalent moyen des mailles de la
grille.
où f est la tension superficielle gaz/liquide,
9 est l'angle de contact des bulles de gaz avec la grille
en présence du liquide,
D est le diamètre équivalent moyen des mailles de la
grille.
Par ailleurs, dans son tronçon inférieur ld, la boucle fermée 1 est équipée d'une pompe 9 qui a le double rôle, d'une part, d'engendrer un débit de circulation du liquide dans la boucle, d'autre part, d'assurer une dispersion du gaz sous forme de bulles (de diamètre de l'ordre de 1 à 3 mm). Dans les essais, la pompe utilisée était une pompe centrifuge. Bien entendu, elle peut être remplacée par tous moyens équivalents.
Dans le cas décrit d'un dispositif de dissolution d'un gaz dans un liquide (ou dans celui d'une réaction entre gaz et liquide), les caractéristiques de la pompe sont choisies de sorte que celle-ci soit apte à assurer une vitesse d'écoulement très supérieure à la vitesse ascensionnelle limite des bulles dans le liquide (environ 0,3 m/s pour le C02 et l'eau), de façon que lesdites bulles soient entraînées par le liquide le long du tronçon descendant lb. (Au contraire, dans le cas d'un dégazage, on assurera une vitesse d'écoulement plus faible).
L'introduction du liquide et du gaz s'effectue en amont de la pompe 9 (par rapport au sens de circulation dans la boucle) par des conduits de liquide 10 et de gaz 11 séparés. Des débitmètres 12 et 13 sont montés sur ces conduits.
La figure 3 est une vue schématique d'une variante du dispositif précédent, adaptée au dégazage d'un liquide. La différence essentielle réside dans la présence d'un purgeur de gaz 14 qui est monté en partie haute de la boucle fermée afin de permettre une évacuation continue ou séquentielle de la phase gazeuse. En outre, le liquide et le gaz dissous dans ce dernier sont introduits dans la boucle par un conduit unique 15 ; en l'exemple représenté, la pression d'entrée du liquide est adaptée pour assurer une circulation en l'absence de pompe, le liquide étant injecté selon l'axe de la boucle.
Les exemples de dissolution ci-après décrits ont été mis en oeuvre dans un dispositif de dissolution du type de celui représenté aux figures 1 et 2.
EXEMPLE 1
Dans cet exemple, on se propose de dissoudre du C02 dans de l'eau provenant du réseau (degré hydrotimétrique : 15 OTH) .
Dans cet exemple, on se propose de dissoudre du C02 dans de l'eau provenant du réseau (degré hydrotimétrique : 15 OTH) .
Les caractéristiques du dispositif étaient les suivantes
grille en acier inoxydable à armure croisée de 50 microns de côté (diamètre équivalent : 64 microns),
volume total de la boucle : 1,1 litre,
diamètre de la section de la boucle 50 mm,
diamètre de la grille : 50 mm,
hauteur de la grille : 140 mm,
diamètre de l'enceinte annulaire de l'extracteur : 160 mm,
puissance de la pompe : 80 watts
Les paramètres de mise en oeuvre étaient les suivants :
débit d'entrée d'eau : 10 litres/minute (égal au débit de sortie en régime permanent),
débit de circulation en aval de la pompe 50 litres/minute,
vitesse de circulation dans la boucle 0,5 m/s,
pression dans la boucle : 2,5 bars,
pression différentielle (perte de charge à travers la grille) : négligeable (inférieure à 0,05 bar),
pression capillaire Pc en valeur absolue (calculée) : 0,45 bar.
grille en acier inoxydable à armure croisée de 50 microns de côté (diamètre équivalent : 64 microns),
volume total de la boucle : 1,1 litre,
diamètre de la section de la boucle 50 mm,
diamètre de la grille : 50 mm,
hauteur de la grille : 140 mm,
diamètre de l'enceinte annulaire de l'extracteur : 160 mm,
puissance de la pompe : 80 watts
Les paramètres de mise en oeuvre étaient les suivants :
débit d'entrée d'eau : 10 litres/minute (égal au débit de sortie en régime permanent),
débit de circulation en aval de la pompe 50 litres/minute,
vitesse de circulation dans la boucle 0,5 m/s,
pression dans la boucle : 2,5 bars,
pression différentielle (perte de charge à travers la grille) : négligeable (inférieure à 0,05 bar),
pression capillaire Pc en valeur absolue (calculée) : 0,45 bar.
Plusieurs essais ont été effectués en faisant varier le débit d'entrée du gaz, celui-ci demeurant inférieur à la limite de solubilité du C02 dans l'eau à 2,5 bars (4,6 g/l à 20 OC) 1ère mesure
Débit d'entrée du gaz : 4,7 g/min.,
Concentration du liquide à la sortie de l'extracteur en régime permanent : 0,46 g/l.
Débit d'entrée du gaz : 4,7 g/min.,
Concentration du liquide à la sortie de l'extracteur en régime permanent : 0,46 g/l.
2ème mesure :
Débit d'entrée : 2,4 g/min.,
Concentration du liquide en sortie : 0,24 g/l.
Débit d'entrée : 2,4 g/min.,
Concentration du liquide en sortie : 0,24 g/l.
3ème mesure
Débit d'entrée : 7 g/min.,
Concentration du liquide en sortie : 0,68 g/l.
Débit d'entrée : 7 g/min.,
Concentration du liquide en sortie : 0,68 g/l.
Dans tous les cas, une fois atteint le régime permanent, le liquide à la sortie contient sous forme dissoute la quasi-totalité du gaz injecté à l'entrée. Le rendement de dissolution est donc sensiblement de 100 WA. Il est à noter que le régime permanent est atteint d'autant plus rapidement que la concentration désirée en gaz est plus éloignée de la limite de solubilité. En augmentant la pression de fonctionnement à l'intérieur de la boucle, on augmente la limite de solubilité et donc la différence entre celle-ci et la concentration, ce qui conditionne une cinétique de transfert accrue.
Il s'est avéré que la grille en acier inoxydable formait une barrière remarquable s'opposant su passage des bulles gazeuses essentiellement en raison du respect
de la condition stérique (diamètre équivalent des mailles -64 microns- très inférieur au diamètre moyen des bulles -1 à 3 mm-),
de la condition de mouillabilité (mouillabilité préférentielle du liquide : angle de contact des bulles gazeuses très supérieur à 900 -de l'ordre de l50o#)
de la condition de perte de charge (perte de charge -inférieure à 0,05 bar- très inférieure à la pression capillaire Pc -0,45 bar-).
de la condition stérique (diamètre équivalent des mailles -64 microns- très inférieur au diamètre moyen des bulles -1 à 3 mm-),
de la condition de mouillabilité (mouillabilité préférentielle du liquide : angle de contact des bulles gazeuses très supérieur à 900 -de l'ordre de l50o#)
de la condition de perte de charge (perte de charge -inférieure à 0,05 bar- très inférieure à la pression capillaire Pc -0,45 bar-).
Il est à noter que l'efficacité de cet effet de barrière à l'égard des bulles provient également du déplacement des bulles qui s'effectue tangentiellement par rapport à la grille, ce qui réduit les probabilités de rencontre bulle/grille, et ce d'autant plus que la vitesse de circulation est plus élevée.
EXEMPLE 2
Cet exemple illustre l'un des intérêts du dispositif qui est de permettre en régime permanent de dissoudre dans le liquide un mélange gazeux de composition strictement identique à celui du mélange gazeux introduit à l'entrée (dans la mesure bien entendu où la limite de solubilité d'un des composants gazeux n'est pas atteinte ).
Cet exemple illustre l'un des intérêts du dispositif qui est de permettre en régime permanent de dissoudre dans le liquide un mélange gazeux de composition strictement identique à celui du mélange gazeux introduit à l'entrée (dans la mesure bien entendu où la limite de solubilité d'un des composants gazeux n'est pas atteinte ).
Au contraire, dans tous les dispositifs connus, la composition du gaz dissous diffère de celle des gaz injectés (en raison de la valeur différente des constantes de
Henry de ces gaz).
Henry de ces gaz).
Le dispositif de l'invention permet donc de régler très précisément la composition et la concentration du gaz dissous par un simple réglage de la composition et de la concentration des gaz d'entrée.
Le gaz d'entrée était en cet exemple de l'air contenant 21 S d'oxygène et 78 S d'azote, le liquide étant comme auparavant de l'eau.
Les caractéristiques du dispositif étaient les mêmes que précédemment, à l'exception de la pression dans la boucle ajustée à 4 bars (limite de solubilité de l'oxygène à cette pression : 37 mg/l et de l'azote : 60 mg/l à 200C).
Tous les essais effectués (très en dessous de la limite de solubilité) ont permis, après obtention du régime permanent, de retrouver sous forme dissoute, la composition de l'air admis à l'entrée. Les analyses du liquide de sortie étaient effectuées pour l'oxygène par la méthode de "Winkler" et, pour l'azote, par mesure du volume d'air dégazé.
Claims (17)
1/ - Procédé pour réaliser un échange entre un liquide et un gaz, dans lequel le gaz est dispersé dans le liquide sous forme de bulles, caractérisé en ce que l'on fait ci rouler le liquide et le gaz dans une boucle fermée et en ce que l'on dérive une fraction du débit de liquide circulant dans la boucle à travers une paroi séparatrice perméable au liquide et apte à arrêter les bulles gazeuses.
2/ - Procédé selon la revendication 1 pour réaliser une dissolution d'un gaz dans un liquide ou une réaction entre un gaz et un liquide, caractérisé en ce que l'on engendre dans la boucle fermée une circulation de liquide à une vitesse supérieure à la vitesse ascensionnelle limite des bulles gazeuses dans le liquide.
3/ - Procédé selon la revendication 1 pour réaliser le dégazage d'un liquide contenant un gaz dissous, caractérisé en ce que l'on purge la phase gazeuse formée en partie haute de la boucle de circulation.
4/ - Dispositif d'échange gaz/liquide, du type dans lequel le gaz est dispersé dans le liquide sous forme de bulles, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle fermée (1) de circulation du liquide et du gaz, des moyens d'introduction du liquide et du gaz dans ladite boucle (10, 11 ; 15), des moyens de mise en circulation du liquide et du gaz dans la boucle (9), un extracteur (2) pourvu d'une paroi séparatrice (3) perméable au liquide et apte à arrêter les bullés gazeuses, ledit extracteur étant monté sur la boucle (1) de façon à dériver à travers la paroi séparatrice (3) une fraction du débit de liquide circulant dans la boucle, et des moyens (5) d'évacuation du liquide s'écoulant dans l'extracteur à travers la paroi séparatrice.
5/ - Dispositif d'échange selon la revendication 4 en vu-e de réaliser une dissolution d'un gaz dans un liquide ou une réaction entre un gaz et un liquide, caractérisé en ce que
- les moyens d'introduction du liquide et du gaz comprennent une arrivée de la phase liquide (10) et une arrivée de la phase gazeuse (11), séparées l'une de l'autre,
- des moyens (9) de dispersion de la phase gazeuse sous forme de bulles sont associés à la boucle fermée.
6/ - Dispositif d'échange selon le revendication 5 en vue de réaliser une réaction entre un gaz et un liquide, caractérisé en ce qu'un catalyseur est disposé sous forme solide dans la boucle de circulation (1).
7/ - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de mise en circulation (9) sont adaptés pour engendrer une circulation de liquide à une vitesse supérieure à la vitesse ascensionnelle limite des bulles gazeuses dans le liquide.
8/ - Dispositif d'échange selon la revendication 4 en vue d'assurer le dégazage d'un liquide contenant un gaz dissous, caractérisé en ce que
- les moyens d'introduction du liquide et du gaz comprennent une arrivée commune (15) de liquide et de gaz, ce dernier étant dissous dans le liquide,
- un purgeur (14) est disposé en partie haute de la boucle de circulation (1) en vue de l'évacuation de le phase gazeuse formée.
9/ - Dispositif selon l'une des revendications 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que l'extracteur (2) comprend une paroi séparatrice (3) en un matériau mouillé préférentiellement par le liquide, adaptée pour introduire une perte de charge inférieure à la pression capillaire des bulles de gaz vis-à-vis de ladite paroi séparatrice en présence du liquide.
10/ - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la paroi séparatrice (3) de l'extracteur est constituée par une membrane poreuse ou une grille, présentant des pores ou des mailles de dimensions inférieures à 100 micromètres.
11/ - Dispositif selon l'une des revendications 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (8) de mesure de la différence de pression entre la boucle de circulation et l'extracteur (en aval de la paroi séparatrice).
12/ - Dispositif selon l'une des revendications 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6, 7) de mesure et de réglage de la pression à l'intérieur de la boucle de circulation (1).
13/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de mesure et de réglage de la pression à l'intérieur de la boucle comprennent un manomètre (7) associé à ladite boucle et une vanne (6) montée sur les moyens (5) d'évacuation du liquide de l'extracteur.
14/ - Dispositif selon l'une des revendications 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que la paroi séparatrice (3) de l'extracteur est agencée en position tangentielle par rapport à la boucle (1) de sorte que le débit principal de ladite boucle s'écoule selon une direction générale sensiblement parallèle à ladite paroi séparatrice et que le débit dérivé à travers cette dernière s'écoule selon une direction générale sensiblement orthogonale à la première.
15/ - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'extracteur (2) comprend une enceinte annulaire (4) entourant un tronçon (la) de la boucle de circulation, ledit tronçon étant au moins partiellement délimité par la paroi séparatrice (3).
16/ - Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que
la boucle de circulation (1) présente une section transversale circulaire,
la paroi séparatrice (3) est cylindrique,
l'enceinte annulaire (4) de l'extracteur est de forme cylindrique, de diamètre supérieur à celui de la boucle de circulation.
17/ - Dispositif selon l'une des revendicat-ions 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caractérisé en ce que la boucle de circulation (1) comprend deux tronçons verticaux (la, lb), reliés par des tronçons supérieur (lc) et inférieur (nid), l'extracteur (2) étant situé au niveau de l'un des tronçons verticaux (la).
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