FR2908054A1

FR2908054A1 - Procede et systeme de separation liquide-liquide de type cpc permettant d'eliminer les cavitations

Info

Publication number: FR2908054A1
Application number: FR0609704A
Authority: FR
Inventors: Rodolphe Margraff
Original assignee: PARTUS TECHNOLOGIES SA
Current assignee: PARTUS TECHNOLOGIES SA
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-05-09

Abstract

Le système de séparation liquide-liquide CPC comprend un rotor cylindrique (1) monobloc, entraîné en rotation autour de son axe (14) par un moteur (16) électrique, avantageusement triphasique. Le corps cylindrique comporte des cellules (2) disposées sur plusieurs niveaux et reliées en série.Des moyens de pompage permettent de contrôler la circulation de la phase mobile. Le système comporte un dispositif d'ajustement relatif entre le sens de rotation du rotor et le sens de circulation de la phase mobile pour mettre en opposition ledit sens de circulation et un sens d'entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités du circuit. Pour éviter que le débit de la vis d'Archimède soit colinéaire avec la circulation de la phase mobile et empêcher la formation de cavitation, on réalise une inversion du sens de rotation.

Description

Procédé et système de séparation liquide-liquide de type CPC permettant

d'éliminer les cavitations DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne les appareillages de chromatographie de partage centrifuge (CPC) et plus particulièrement un procédé et un système de séparation liquide-liquide de type CPC permettant d'éliminer des cavitations. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION La chromatographie de partage centrifuge (CPC) est une méthode de séparation par chromatographie de partage liquide-liquide. La CPC permet de séparer des composés d'un mélange entre une phase mobile et une phase stationnaire, les affinités pour les deux phases des composés à séparer étant différentes. Le système biphasique de solvants est choisi spécifiquement en fonction du type de produit à extraire. Un système biphasique de solvants est défini comme un mélange de solvants en proportions définies qui, après mélange, se sépare en deux couches (ou phases) liquides : une phase de moindre densité dite légère et une phase de plus grande densité dite lourde. Autrement dit, les deux phases liquides peuvent être considérées comme non miscibles. Dans les appareils de CPC, la séparation s'effectue dans un circuit formé par des conduits reliant en série des cellules dites cellules de partage. La phase stationnaire est maintenue dans le circuit grâce à un champ de forces centrifuges tandis que l'autre phase, mobile, circule à travers la phase stationnaire. L'écoulement de la phase mobile à travers la phase stationnaire constitue un facteur très important pour obtenir une bonne séparation. Cet écoulement peut être amélioré en utilisant une configuration optimisée pour le circuit de chromatographie, notamment au niveau de la limitation de pression et de façon à pouvoir être utilisé industriellement. C'est ce que propose le brevet EP 1 599 724 avec un dispositif 2908054 2 tournant robuste pour chromatographe CPC, permettant de repousser cette limitation en pression bien au-delà d'une centaine de bars et pouvant être utilisé en production industrielle. Pour cela ce dispositif comprend au moins un corps cylindrique monobloc apte à être entraîné en rotation autour de son axe. Le corps cylindrique annulaire comporte une pluralité de cellules, de hauteurs inférieures à une hauteur déterminée, de formes allongées et disposées suivant une direction à composante radiale par rapport à l'axe de rotation dudit corps. Ces cellules sont agencées sur plusieurs niveaux de hauteur dans le corps et sont reliées en série entre elles par des conduits internes au corps et externes, les conduits internes au corps étant eux même disposés suivant une direction à composante radiale. Ce type de dispositif fonctionne bien avec certains systèmes de solvants. Mais dans d'autres cas, il se forme à l'intérieur du rotor des zones de dépression. Ces zones de dépression dans certains cas sont éliminées, dans d'autre cas elles s'accumulent pour former des cavitations. Ces cavitations sont gênantes car elles vont limiter le débit de la phase mobile. Or pour augmenter la productivité, il est important d'avoir le débit le plus élevé possible pour la phase mobile. Le phénomène physico-chimique consistant à générer ces zones de dépression a été découvert fortuitement par Yoichiro ITO (in Countercurrent Chromatography Theory and Practice, CHROMATOGRAPHIC SCIENCE SERIES, 44, page 113, Editors N. Bhushan Mandava and Yoichiro Ito (1988). En étudiant le comportement de deux liquides non miscibles dans un tube enroulé en hélice cylindrique suivant un axe, ITO a constaté qu'au-delà d'une certaine vitesse de rotation critique les deux liquides se séparent pour migrer vers les deux extrémités opposées de l'hélice. Ce phénomène n'a jamais été formulé mathématiquement et demeure en pratique inconnu des spécialistes en mécanique des fluides. Il est à la base des appareils CCC (chromatographie à contre-courant) constitués d'un très long tube en téflon enroulé autour d'une bobine tournant autour d'elle-même et autour d'un axe parallèle (mouvement planétaire). Ces 2908054 3 appareils, développés par ITO, sont commercialisés pour des applications en laboratoire, mais demeurent trop fragiles et trop complexes pour une utilisation industrielle. En revanche les appareils de CPC peuvent être extrapolés à une taille industrielle comme illustré dans le brevet EP 1 599 724 du même demandeur. Les appareils de CPC autres que ceux du brevet EP 1 599 724 sont constitués de disques dans lesquels sont gravées les cellules de partage toutes interconnectées par de fins conduits. Ces disques sont fermés par une feuille en Téflon puis empilés pour en faire un rotor cylindrique. Les disques peuvent communiquer entre-eux par une ouverture pratiquée dans la feuille de Téflon de manière à créer un circuit unique reliant toutes les cellules entre-elles et débouchant sur l'extérieur par deux ouvertures reliées aux deux joints tournants de l'appareil. Ce dispositif, intéressant à l'échelle laboratoire et pilote, a pour inconvénient un nettoyage des cellules extrêmement difficile voire impossible. Par ailleurs un examen de l'intérieur des cellules après nettoyage nécessite un démontage complet. Le dispositif à disques superposés peut donc difficilement être utilisé pour des productions industrielles (sous BPF/cGMP) dans l'Industrie Pharmaceutique. C'est pourquoi le rotor est rnonobloc dans le cas du brevet EP 1 599 724 et chaque cellule individuelle est directement accessible pour valider le procédé de nettoyage employé. La formation des cavitations dans les appareils de CPC à rotor cylindrique tel que décrit ci-dessus peut être expliquée de la façon suivante : La rotation du cylindre génère un champ de forces centrifuges qui a pour effet de ségréguer les deux phases liquides dans chaque cellule : la phase lourde vers l'extrémité distale (extérieur de la cellule) et la phase légère vers l'extrémité proximale (intérieur de la cellule, plus proche de l'axe). Lorsqu'on décide de rendre une des phases (la légère ou la lourde peu importe) mobile en la véhiculant par l'intermédiaire d'une pompe extérieure alimentée par un réservoir contenant cette phase, cette phase mobile pourra pénétrer dans les cellules soit du côté distal, soit du côté proximal.

2908054 4 On comprend dès lors que si la phase mobile pénètre du côté où se trouve la même phase, celle-ci va pousser l'autre phase, supposée devenir la phase stationnaire, hors de l'appareil. En revanche, si la phase mobile pénètre du côté où se trouve sa phase opposée (ou conjuguée) elle va s'y disperser en fines gouttelettes (émulsion) qui permettra aux solutés de se répartir entre les deux phases selon leurs coefficients de partage : c'est le phénomène à la base du processus de partage liquide-liquide en chromatographie. Le sens de circulation de la phase mobile est donc imposé par construction : de bas en haut (mode ascendant) pour la phase légère et de haut en bas (mode descendant) pour la phase lourde. Par ailleurs, une hélice (serpentin) en rotation crée un effet de vis d'Archimède qui entraîne tous les objets (solides, liquides ou gaz) placés à l'intérieur vers une extrémité appelée la tête, l'autre extrémité étant la queue. Quand ITO a découvert le phénomène de ségrégation des phases dans son serpentin, il a étudié le comportement de plusieurs systèmes de solvants différents pour constater que pour certains systèmes la phase légère se déplace vers la tête, tandis que pour d'autres systèmes la phase légère se déplace vers la queue (les extrémités tête et queue sont déterminées par la combinaison des paramètres suivants : les sens d'enroulement (gauche ou droit) et de rotation de l'hélice. La recherche d'une explication rationnelle à partir des grandeurs physico-chimiques comme les différences de tension interfaciale, de densité, de viscosité, etc. n'a pas encore abouti. Ce phénomène induit donc un second débit à la phase mobile (débit de vis d'Archimède consécutif à la présence dans le rotor de deux phases liquides non miscibles). Lorsque ce débit est supérieur à celui de la pompe et de même sens, il y aura cavitation. Les effets de cavitation doivent être évités car ils s'opposent à une rétention suffisante de la phase mobile dans la phase stationnaire et donc diminuent de façon importante le rendement du processus. Les dispositifs actuels ne permettent pas d'éviter la formation de ces cavitations ou tout au 2908054 moins de les éliminer au fur et à mesure de leur formation. Le problème de cavitation n'a d'ailleurs jusqu'ici pas été expliqué de manière suffisamment rationnelle pour permettre d'apporter des solutions adaptées à des instruments de CPC. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un système de séparation liquide-liquide de type CPC permettant d'éliminer des cavitations, afin de maintenir un débit le plus fort possible de la phase mobile et obtenir une productivité satisfaisante de l'appareil CPC. Ce but est atteint par un procédé de séparation liquide-liquide utilisant un chromatographe de partage centrifuge, comprenant simultanément : - une étape de circulation d'une phase mobile dans un circuit du chromatographe de forme hélicoïdale comportant une série de cellules successives, dans laquelle la phase mobile est entraînée par des moyens de pompage et circule entre une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie du circuit selon un premier sens ; et - une étape de rotation d'un rotor du chromatographe, incluant ledit circuit, autour d'un axe de rotation pour générer un champ de forces centrifuges sur le circuit ; caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'ajustement relatif entre le sens de rotation du rotor et le premier sens pour la circulation de la phase mobile de façon à mettre en opposition ledit premier sens et un deuxième sens correspondant à un entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités du circuit. Ainsi, il est permis selon l'invention de réagir de manière appropriée quand la phase mobile est entraînée à cause d'un débit supplémentaire de phase mobile (débit de vis d'Archimède). Contrairement aux procédés classiques qui ne prennent en compte que le champ de forces centrifuges, le procédé permet de manière surprenante d'optimiser le rendement de la 2908054 6 chromatographie en contrôlant spécifiquement par exemple le sens de rotation du rotor par rapport au sens de circulation de phase mobile, l'incidence de la forme en hélice du circuit étant avantageusement prise en compte. Il faut ici rappeler que les seuls moyens connus d'optimiser une chromatographie de type CPC étaient les suivants : augmentation du débit de la pompe (ce type de réaction est inapproprié au cas des cavitations puisqu'en augmentant le débit de la pompe, on amplifie l'entraînement de la phase stationnaire) ; augmentation de la vitesse de rotation, qui est généralement favorable à la rétention de la phase stationnaire (ce type de réaction est inapproprié au cas des cavitations puisque cela amplifie également l'entraînement de la phase stationnaire, vraisemblablement par suite de l'augmentation du débit de vis d'Archimède). Selon une autre particularité, l'étape d'ajustement comprend un ajustement du sens de rotation du rotor en fonction dudit premier sens pour la circulation de la phase mobile et d'un deuxième sens correspondant à un entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités du circuit. Selon une autre particularité, l'étape d'ajustement comprend une inversion du sens de rotation dès que ledit deuxième sens est identique au premier sens pour éviter des cavitations dans le circuit. Ainsi, une réaction rapide est permise lorsqu'un débit de vis d'Archimède colinéaire avec celui de la pompe provoque un entraînement perpétuel de la phase mobile. L'inversion du sens de rotation est un moyen simple pour remédier à cet effet d'entraînement sur la phase mobile : la mise en opposition (contre-courant) entre les deux débits permet de favoriser la rétention de la phase stationnaire, même à des débits élevés en phase mobile. Ce sont les conditions idéales de fonctionnement en CPC. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer un système 2908054 7 de séparation liquide-liquide de type CPC permettant d'éliminer des cavitations, afin de maintenir un débit le plus fort possible de la phase mobile et obtenir une productivité satisfaisante de l'appareil CPC. Il a été découvert par l'inventeur qu'il se forme des cavitations, dans un circuit en hélice contenant un système à deux phases, lorsque le débit de vis d'Archimède est supérieur et de même sens par rapport à celui de la phase mobile. Les effets de cavitation s'expliquent par le fait que le rotor, en tournant, génère un débit de vis d'Archimède pour chaque phase et en sens opposé dû à la présence de deux phases liquides non miscibles dans le rotor. Un objet de l'invention est de prendre en compte ce phénomène pour améliorer le rendement d'un appareil CPC. Le débit et le sens du débit de la phase mobile sont imposés par une pompe disposée en amont, ils sont donc fixes. Si le débit de vis d'Archimède imposé à la phase mobile est supérieur et de même sens que celui de la pompe, il se forme alors des cavitations. A cet effet, l'invention concerne un système de séparation liquide-liquide de type CPC, comprenant une partie fixe, un rotor par exemple monobloc ou à plusieurs disques empilés intégrant un circuit de forme hélicoïdale dans lequel une série de cellules successives permettant chacune de recevoir une phase liquide stationnaire sont interconnectées, des moyens de pompage permettant de faire circuler une phase mobile entre une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie du circuit selon un premier sens, des organes d'entraînement en rotation du rotor autour d'un axe de rotation correspondant à un axe d'enroulement du circuit de forme hélicoïdale, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'ajustement relatif entre le sens de rotation du rotor et le premier sens pour la circulation de la phase mobile pour mettre en opposition ledit premier sens et un deuxième sens correspondant à un entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités du circuit. Selon une autre particularité, le système selon l'invention peut comprendre un chromatographe de partage centrifuge, doté au moins d'un corps cylindrique, à paroi épaisse monobloc, apte à être entraîné en rotation 2908054 8 autour de son axe par un moteur électrique, ledit corps cylindrique comportant une pluralité de cellules disposées sur plusieurs niveaux suivant une direction à composante radiale par rapport à l'axe de rotation dudit corps, les cellules étant reliées en série entre elles par des conduits internes au corps et externes, et un dispositif de contrôle de la circulation de la phase mobile selon un sens déterminé. Un moteur électrique triphasique ou un dispositif mécanique peut permettre d'inverser le sens de rotation du corps cylindrique pour modifier le sens du débit de la vis d'Archimède engendré par la rotation du corps cylindrique, pour éviter que le débit de la vis d'Archimède soit colinéaire avec la circulation de la phase mobile et empêcher la formation de cavitations. En effet, le sens de circulation de la phase mobile est soit ascendant dans le cas ou la phase mobile est légère car elle circule alors du bas vers le haut, soit descendant lorsque la phase mobile est lourde. En inversant le sens de rotation du rotor de la phase mobile on peut ainsi éviter que le débit de la phase mobile et celui de la vis d'Archimède soit colinéaire, ce qui empêche la formation de cavitations. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective de dessus d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue détaillée des cellules d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 3 illustre de manière schématique un exemple d'ajustement relatif entre le sens de rotation du rotor et le sens pour la circulation de la phase mobile. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION Des exemples de système de séparation selon l'invention vont être à présent décrits en référence aux figures 1 et 2.

2908054 9 Le circuit de séparation liquide-liquide a la forme générale d'une hélice. L'effet de vis d'Archimède consécutif à la présence de deux phases liquides non miscibles dans une hélice en rotation entraîne la ségrégation de ces deux phases qui vont migrer vers les deux extrémités de l'hélice. Autrement dit, chacune des extrémités du circuit en hélice correspond à un pôle d'attraction par effet de vis d'Archimède d'une des phases liquides. II convient de préciser que, bien qu'un mode de réalisation avec un rotor à corps monobloc va plus spécifiquement être décrit dans ce qui suit, les chromatographes CPC à plusieurs disques peuvent également être utilisés selon l'invention : en effet, l'enroulement des cellules est hélicoïdal. Dans l'exemple de la figure 1, le corps cylindrique (1) comprend une paroi interne (12) et une paroi externe (13) et est apte à être entraîné en rotation autour de son axe (14) disposé verticalement, l'axe de rotation étant formé par un arbre (15) d'entraînement en rotation pouvant par exemple être introduit dans l'espace vide délimité par la paroi interne (12) du corps cylindrique (1) comme illustré sur la figure 1, et relié mécaniquement par exemple par des entretoises au corps cylindrique (1). Le diamètre interne du corps cylindrique (1), supérieur à quelques centimètres pour permettre notamment le passage de l'arbre (15) de rotation, est par exemple inférieur à 60 cm. Le diamètre externe, supérieur d'au moins 4 centimètres au diamètre interne, est compris par exemple entre 20 et 200 cm. Le rotor constitué par le corps cylindrique (1) peut être disposé horizontalement, ce qui requiert l'emploi de deux paliers dans le cas de rotors très lourds. Le concept de tête et queue demeure inchangé, excepté que la tête pourra dans ce cas être à droite ou à gauche. A titre d'exemple, le corps cylindrique monobloc (1) à paroi épaisse du dispositif tournant est en titane, inox 316 L ou aluminium avec revêtement en titane ou PVDF (polyfluorure de vinylidène). Le matériau employé peut être également un composite, un revêtement en titane ou PVDF pouvant être prévu. Le corps cylindrique (1) peut consister simplement en un bloc de résine synthétique formé par moulage. Dans ce dernier cas, une série alternée de cellules et de conduits sont préalablement disposés dans un 2908054 Io moule double cylindrique avant le coulage d'un bloc de résine synthétique. L'épaisseur du corps cylindrique (1), entre sa paroi interne (12) et sa paroi externe (13), est par exemple comprise entre 25 et 500 mm. Comme indiqué sur la figure 1, le dispositif selon l'invention comporte une pluralité de cellules (2). Celles-ci, appelées couramment cellules de partage, sont réparties dans la paroi épaisse du corps cylindrique (1), tout autour de son axe de rotation (14). Ces cellules (2) ont une forme allongée et sont disposées suivant une direction à composante radiale par rapport à l'axe de rotation (14) dudit corps (1). La figure 2 représente plus en détail l'agencement utilisé pour chacune des cellules (2). Le corps cylindrique (1) comporte dans son épaisseur (e) une pluralité de cavités ouvertes du côté de la paroi externe (13) dudit corps. Chaque cavité comprend un logement (11) pour insérer une cellule (2) et débouche sur une face extérieure du bloc par une ouverture agrandie pour insérer un conduit interne (220) associé. Dans la forme de réalisation présentée à la figure 2, des premiers moyens d'obturation (3) démontables recouvrent ladite ouverture agrandie. Le matériau formant ou recouvrant les cellules et les conduits (220, 34, 22) est par exemple du titane. De l'acier inoxydable ou un polymère fluoré peut également être utilisé à la place du titane. Le même type de matériau est utilisé pour les raccords de sortie du circuit. Dans la forme de réalisation présentée à la figure 2, les premiers moyens d'obturation (3) comprennent un bouchon (33) pourvu d'un joint d'étanchéité (35) et comportant au rnoins un évidement pour former un canal de liaison (34) entre une cellule (2) et le conduit interne (220) associé. Au moins un élément de vissage (31) permet de fixer le bouchon (33). En variante, ces premiers moyens d'obturation (3) peuvent être formés par un bouchon (33) externe et une cloison étanche formant sur le corps (1) un joint d'étanchéité. Dans un mode de réalisation de l'invention, le bouchon (33) est maintenu directement ou indirectement par ledit élément de vissage (31) et vient en appui sur le joint d'étanchéité (35) positionné sur une surface d'appui de l'ouverture de la cavité. Deux vis permettent par exemple de 2908054 Il bloquer le bouchon (30) qui recouvre à la fois une cellule (2) et le conduit interne associé (220). Le corps cylindrique (1) comporte deux parties femelles filetées positionnées à deux extrémités opposées de l'ouverture des cavités pour recevoir lesdites vis. Une pièce intermédiaire (32) est placée entre la tête de chaque vis et l'extrémité du bouchon (33) adjacente à une partie femelle filetée. Un frein effilé peut être prévu pour empêcher le risque de desserrement des éléments de vissage (31) sous l'effet de la force centrifuge. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le bouchon (33) comprend au moins une cloison étanche percée pour former un canal de liaison entre la cavité correspondant à une cellule (2) et un conduit interne (220) associé. Dans des modes de réalisation différents, les cavités ouvertes du côté de la paroi externe incorporent une pluralité de logements pour insérer plusieurs cellules (2) avec des conduits associés. Des moyens d'obturation (non représentés) démontables permettent de recouvrir les cellules (2) et conduits d'une même cavité. Ces rnoyens d'obturation peuvent comprendre des éléments de vissage analogues aux premiers moyens d'obturation (3). Le bouchon de recouvrement comporte par exemple plusieurs percements pour former des canaux de liaison venant se positionner en face des cellules (2) et conduits internes (220) associés deux à deux. Dans un mode de réalisation de l'invention, les cavités comprennent également une ouverture du côté de la paroi interne (12) du corps cylindrique (1). Cette ouverture est bouchée par l'intermédiaire de deuxièmes moyens d'obturation (4) comprenant au moins une pièce de recouvrement (40) avec un évidement pour former un canal de liaison (22) entre une cavité abritant une cellule (2) et un conduit interne (220) associé à la cavité adjacente. Lesdits premiers et seconds moyens d'obturation sont par exemple métalliques, les bouchons (33) et pièces de recouvrement (40) pouvant comporter un revêtement en titane ou acier inoxydable sur leur zone évidée. Ces deuxièmes moyens d'obturation (4) peuvent par exemple être utilisés pour toutes les cavités, sauf celles correspondant aux extrémités d'entrée et sortie du circuit. La pièce de recouvrement (40) est démontable.

2908054 12 Elle comprend un prolongement (41) pouvant être manoeuvré pour retirer par desserrement la pièce de recouvrement (40). Les moyens d'obturation (3, 4) peuvent aussi comporter des parties cylindriques dans lesquelles sont creusés des canaux de communication pour relier une cavité à un conduit interne (220) associé. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'assemblage de ces moyens d'obturation (3, 4) est réalisé de part et d'autre du corps cylindrique (1) par frettage. Dans un mode de réalisation de l'invention, toutes les cellules (2) ont les mêmes dimensions et une hauteur inférieure à une hauteur déterminée s'élevant par exemple entre 2 et 50 mm. Le dispositif est ainsi particulièrement compact et peut comprendre un grand nombre de cellules, par exemple au moins 50 cellules. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le corps comporte par exemple 766 logements (11) destinés à accueillir chacun une cellule (2). Les cellules (2) sont disposées côte à côte dans le corps (1) et reliées en série entre elles par des conduits d'entrée et de sortie débouchant aux extrémités opposées respectives desdites cellules (2). Selon un mode de réalisation de l'invention, les cellules (2) sont réparties de façon hélicoïdale suivant l'axe de rotation (14) du corps (1). Comme représenté sur les figures 1 et 2, les cellules (2) sont placées de manière radiale par rapport à l'axe de rotation (14) du corps (1) et forment une hélice circulaire de pas constant. Les conduits internes étant eux aussi disposés suivant une direction à composante radiale par rapport à l'axe de rotation (14) du corps cylindrique (1). Pour plus de détails sur la disposition des cellules ont se référera au brevet EP 1 599 724. Dans ce dispositif, les connexions d'extrémités sont réalisées avec deux joints tournants situés de part et d'autre du rotor formé par le corps cylindrique (1). Les connexions avec la première et la dernière cellule de partage sont conçues de telle manière que lorsque la phase lourde constitue la phase mobile, le sens d'écoulement dans le circuit va du haut du rotor vers le bas du rotor et inversement lorsque la phase légère est la phase mobile.

2908054 13 L'extrémité du circuit externe (21) en relation avec la dernière (30) cellule, illustrée sur la figure 1, permet d'évacuer (Ch) la phase mobile. Un conduit disposé dans la partie basse (amont) du circuit de la phase mobile est relié à une première (30) cellule. Le conduit (21) disposé dans la partie haute (aval) du circuit de la phase mobile est relié à une dernière (30') cellule. Le mode ascendant illustré à la figure 1 peut être sélectionné par l'intermédiaire d'une vanne 4 voies. La vanne installée sur un conduit pour permettre la circulation de la phase mobile peut être connectée en amont de la première (30) cellule, la phase mobile traversant le circuit jusqu'à la dernière cellule (30'). Le mode ascendant de circulation de la phase mobile est imposé dans l'exemple de la figure 1. Le passage à un mode descendant peut s'effectuer à l'aide d'une vanne 4 voies. Une seule pompe (non représentée) peut être utilisée pour faire circuler la phase mobile. Des moyens de commande automatiques ou manuels connus en soi (non représentés) permettent de contrôler la ou les vannes. Par convention, les connexions avec la première et la dernière cellule de partage sont conçues de telle manière que lorsque la phase lourde constitue la phase mobile, le sens d'écoulement dans le circuit va du haut du rotor vers le bas du rotor et inversement lorsque la phase légère est la phase mobile. La rotation du circuit en hélice, intégré dans le corps cylindrique (1) dans le cas non limitatif de la figure 1, est réalisée grâce à un moteur (16) électrique par exemple. Dans un mode de réalisation de l'invention, ce moteur (16) électrique est triphasique. On peut donc grâce à des éléments (17) de commande du type commutateur ou interrupteur, inverser son sens de rotation (A, B). En inversant le sens de rotation du moteur le sens de rotation du corps cylindrique (1) est également inversé, ce qui entraîne l'inversion du débit de la vis d'Archimède. L'inversion du sens de rotation peut aussi s'effecteur à l'aide d'un dispositif mécanique permettant de déplacer le moyen d'entraînement en rotation du rotor. Un tel dispositif peut par exemple remplacer un premier moyen d'entraînementen rotation par un 2908054 14 second moyen d'entraînement (qui génère un sens de rotation inverse). Les premier et second moyens d'entraînement peuvent être formés par un même système. La motorisation peut être alimentée par tout type d'énergie connue. Le sens d'entraînement par effet de vis d'Archimède s'oriente, pour un système biphasique donné, en fonction de l'enroulement du circuit de forme hélicoïdale, du sens de rotation du rotor et du dépassement ou non d'une vitesse critique de rotation du rotor. Le dernier paramètre (vitesse de rotation) ne peut pas être ajusté sans faire varier parallèlement la rétention de la phase stationnaire et l'enroulement du circuit est fixé par construction. C'est donc en pratique surtout en fonction du sens de rotation du rotor ou corps cylindrique (1) que va s'orienter le sens d'entraînement selon une vis d'Archimède. II doit être compris que les deux phases sous soumises à des débits qui leurs sont propres (différents en intensité), ce qui signifie que lorsque les deux débits appliqués à la phase mobile sont opposés le débit de vis d'Archimède de la phase stationnaire sera colinéaire avec le débit de la pompe. Cela va entraîner un débit de la phase stationnaire vers la sortie de l'appareil, source de cavitation, qui pourra être évité en installant une vanne déversoir permettant d'ajuster une contrepression réglable en sortie. L'ajustement de la contre-pression s'effectue par réglage d'une vanne déversoir pour la phase stationnaire, placée par exemple dans la sortie du circuit en aval de la dernière cellule (30'). Ce phénomène cesse à l'émergence de la phase mobile et la contre-pression peut alors être supprimée. Pour réagir rapidement à un début de cavitation, une inversion du sens de rotation peut être déclenchée après une détection d'un débordement de la phase stationnaire vers la sortie du rotor servant à évacuer la phase mobile. Cette fuite de phase stationnaire est couramment appelée bleeding dans le domaine de la chromatographie. Le fait de pouvoir ajuster le sens (S2, S2') du débit de la vis d'Archimède par rapport au sens (Si) de circulation de la phase mobile grâce au moteur triphasique par exemple ou à un moyen équivalent de modifier le sens de rotation (Sr, Sr'), va permettre d'empêcher la colinéarité 2908054 15 de ces deux flux. On va ainsi éviter la formation de cavitation. En référence à la figure 3, un cas défavorable engendrant le phénomène de cavitation est illustré et une inversion du sens de rotation (Sr, Sr') est déclenchée lors d'une étape (50) d'ajustement. Cette étape (50) permet d'agir sur le sens (S2) du débit induit par effet de vis d'Archimède lorsque ce dernier est colinéaire avec le débit de la phase mobile. Ce cas, illustré sur la partie gauche de la figure 3, est défavorable car le débit (Dl) à l'extrémité haute (E2) où sort la phase mobile peut devenir inconstant, à la différence du débit d'entrée (D) à l'extrémité basse (El) du circuit, où entre la phase mobile. Un arrêt du débit (D1) suivi d'un jet de débit élevé peut être observé à ladite extrémité haute (E2). Cette perte de constance de débit (Dl) de phase mobile en sortie du circuit est une signature du phénomène de cavitation. La solution proposée dans l'exemple de la figure 3 consiste à modifier le sens de rotation initial (Sr) pour faire tourner le circuit hélicoïdal du rotor dans l'autre sens (Sr'). La construction en hélice du circuit étant figée et le sens (S 1) de circulation de la phase mobile étant conservé, cette inversion de rotation permet de stopper et/ou d'inverser le sens (S2) du débit induit par effet de vis d'Archimède. Autrement dit, après inversion, le débit sortant (D2) retrouve sa régularité et reste constamment égal au débit entrant. Cette inversion de sens de rotation est favorable à la rétention dans la phase stationnaire et permet d'éliminer les cavitations. Le sens (S2') de l'éventuel débit induit après inversion est donc lui aussi inversé, comme illustré dans la partie droite de la figure 3. L'étape (50) d'ajustement permet donc de mettre en opposition le sens (Si) de circulation de la phase mobile et le sens (S2') du débit induit par effet de vis d'Archimède. Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé peut prévoir une étape de mesure de perturbations du débit de liquide sortant du circuit pour détecter des variations de débit liées à l'effet de vis d'Archimède. Une inversion du sens de rotation est par exemple déclenchée après une détection de variations de débit de liquide sortant, liées à l'effet de vis d'Archimède. Le procédé peut aussi utiliser un capteur pour détecter un bruit émis dans le circuit lors d'un phénomène de cavitation. Une inversion du 2908054 16 sens de rotation est par exemple déclenchée après une détection sonore par un tel capteur. On peut noter que, dans l'exemple de la figure 3, la phase mobile circule de bas en haut du rotor (mode ascendant). Un sens opposé peut naturellement être adopté. II faut bien comprendre que le problème résolu par l'invention est relativement complexe. Le rotor qui intègre le circuit comporte trois asymétries : - les cellules peuvent être sur une hélice d'enroulement gauche ou droit ; - les connexions inter cellules respectent les modes ascendant et descendant; - la rotation du rotor peut être dans le sens horaire ou antihoraire. Dans l'exemple de la figure 3, la tête est en haut du rotor et c'est la phase légère du système de solvants choisi qui migre vers la tête. Cette phase légère est utilisée comme phase mobile et circule donc selon le sens (Si) ascendant. Le rotor est rempli de phase lourde stationnaire, mis en rotation horaire selon un sens (Sr) déterminé et la phase légère est introduite dans le sens ascendant à l'aide d'une pompe à piston par exemple. Cette pompe est placée avant l'entrée basse (El) du circuit. L'inventeur fournit l'explication suivante pour l'observation des phénomènes de cavitation. A son introduction dans le rotor plein de phase stationnaire, la phase légère mobile se dirige vers le haut en acquérant un certain débit dont une partie est due à l'effet vis d'Archimède. Si ce débit est supérieur au débit de la pompe (ce dernier est fixe à cause des clapets de la pompe à piston), il va se former une dépression engendrant des phénomènes de cavitation qui vont entraîner la phase stationnaire, un phénomène que l'on cherche à éviter. Une solution trouvée par l'inventeur consiste dans ce cas à inverser le sens de rotation du rotor en passant du sens horaire au sens anti-horaire. En effet, cette inversion de sens va faire passer la tête du haut du rotor vers le bas, ce qui inversera également le sens du débit généré par l'effet de vis 2908054 17 d'Archimède qui deviendra maintenant opposé au sens du débit (D) de la pompe et l'on obtiendra une rétention élevée de la phase stationnaire à des débits élevés de phase mobile, c'est-à-dire dans les conditions permettant d'assurer une productivité maximale. Comme en CPC on cherche à obtenir une rétention maximale en phase stationnaire (volume occupé à l'intérieur du rotor par cette phase, le complément à 100% étant occupé par la phase mobile), le procédé selon l'invention permet d'optimiser les performances de l'appareil de chromatographie à circuit hélicoïdal. II est avantageusement permis de maintenir un débit de phase mobile élevé pour augmenter la productivité du procédé, tout en évitant les cavitations. La robustesse du corps cylindrique (1) formant le rotor et le grand nombre de cellules (2) intégrées dans ce rotor permettent une utilisation industrielle du dispositif tournant selon l'invention. Des taux de production relativement élevés peuvent être envisagés avec ce dispositif, la pression supportée pouvant atteindre et mêrne dépasser 150 bars. Les extrémités du circuit jouant les fonctions d'entrée et de sortie sont par exemple reliées à un raccord avec joint tournant vissé sur un axe confondu avec l'axe de rotation (14) du corps cylindrique. Un tube peut permettre de connecter chacune des extrémités à un joint tournant. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif tournant peut supporter environ 250 bars de pression. On comprend que la robustesse du dispositif selon l'invention permet de réaliser de manière fiable des séparations/purifications de manière industrielle. Un carénage peut être prévu pour sécuriser le dispositif tournant. Un système de protection à porte verrouillée peut constituer l'enveloppe d'un chromatographe de partage centrifuge pourvu du dispositif tournant selon l'invention. Le procédé s'applique à tous les rotors CPC, qu'ils soient à disques ou monobloc, qu'ils soient disposés verticalement ou horizontalement. Dans ce dernier cas l'effet de la gravité peut être considéré comme négligeable. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses 2908054 18 autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de séparation liquide-liquide utilisant un chromatographe (100) de partage centrifuge, la séparation s'effectuant entre une phase mobile et une phase stationnaire, comprenant simultanément : - une étape de circulation d'une phase mobile dans un circuit du chromatographe (100) de forme hélicoïdale comportant une série de cellules (2) successives, dans laquelle la phase mobile est entraînée par des moyens de pompage et circule entre une extrémité d'entrée (El) et une extrémité de sortie (E2) du circuit selon un premier sens ; et - une étape de rotation d'un rotor du chromatographe (100), incluant ledit circuit, autour d'un axe de rotation pour générer un champ de forces centrifuges sur le circuit ; caractérisé en ce qu'il comprend une étape (50) d'ajustement relatif entre le sens de rotation du rotor et le prernier sens pour la circulation de la phase mobile de façon à mettre en opposition ledit premier sens et un deuxième sens correspondant à un entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités (El, E2) du circuit.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (50) d'ajustement comprend un ajustement du sens de rotation du rotor en fonction dudit premier sens pour la circulation de la phase mobile et d'un deuxième sens correspondant à un entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités (El, E2) du circuit.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape d'ajustement (50) comprend une inversion du sens de rotation dès que ledit deuxième sens est identique au premier sens pour éviter des cavitations dans le circuit.

4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, comprenant une étape d'ajustement d'une contre-pression par réglage d'une vanne déversoir 2908054 20 pour la phase stationnaire, placée dans une sortie du circuit.

5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, dans lequel une inversion du sens de rotation est déclenchée après une détection d'une fuite de phase stationnaire.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 4, dans lequel une inversion du sens de rotation est déclenchée après une détection d'un bruit émis dans le circuit lors d'un phénomène de cavitation.

7. Système de séparation liquide-liquide de type CPC, comprenant une partie fixe, un rotor monobloc ou à plusieurs disques empilés intégrant un circuit de forme hélicoïdale dans lequel une série de cellules (2) successives permettant chacune de recevoir une phase liquide stationnaire sont interconnectées, des moyens de pompage permettant de faire circuler une phase mobile entre une extrémité d'entrée (El) et une extrémité de sortie (E2) du circuit selon un premier sens, des organes d'entraînement en rotation du rotor autour d'un axe (14) de rotation correspondant à un axe d'enroulement du circuit de forme hélicoïdale, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'ajustement relatif entre le sens de rotation du rotor et le premier sens pour la circulation de la phase mobile pour mettre en opposition ledit premier sens et un deuxième sens correspondant à un entraînement par effet de vis d'Archimède du contenu du circuit vers une des extrémités (E1, E2) du circuit.

8. Système selon la revendication 7, comprenant un chromatographe de partage centrifuge doté d'au moins un corps cylindrique (1), à paroi épaisse monobloc, formant le rotor et apte à être entraîné en rotation autour de son axe (14) par un moteur (16) électrique, ledit corps cylindrique (1) comportant une pluralité de cellules (2) disposées sur plusieurs niveaux suivant une direction à composante radiale par rapport à l'axe de rotation (14) dudit corps (1), les cellules (2) étant reliées en série entre elles par des conduits internes au corps et externes, et comprenant un dispositif de contrôle, commandé par au moins une pompe, de la circulation 2908054 21 de la phase mobile selon ledit premier sens.

9. Système selon la revendication 8, dans lequel le moteur (16) électrique est triphasique et permet d'inverser le sens de rotation du corps (1) cylindrique pour modifier le sens du débit de la vis d'Archimède engendré par la rotation du corps cylindrique, le moteur (16) triphasique incluant un élément (17) permettant de choisir son sens de rotation (A, B).

10. Système selon la revendication 7 ou 8, dans lequel un dispositif mécanique est prévu pour inverser le sens de rotation du corps (1) cylindrique, par déplacement d'un moyen d'entraînement en rotation du rotor.