WO2005021143A1 - Dispositif de melange de deux fluides et utilisation pour le refroidissement d'un fluide a tres haute temperature. - Google Patents
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- WO2005021143A1 WO2005021143A1 PCT/FR2004/001439 FR2004001439W WO2005021143A1 WO 2005021143 A1 WO2005021143 A1 WO 2005021143A1 FR 2004001439 W FR2004001439 W FR 2004001439W WO 2005021143 A1 WO2005021143 A1 WO 2005021143A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
- F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
- F28C3/04—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media both being liquids
Definitions
- the invention relates to a device for mixing a first fluid at a first temperature and a second fluid at a second temperature.
- a first and of a second fluids whose temperatures can be extremely different from each other.
- a residual fluid is obtained which consists mainly of water at very high temperature (for example 550 Approx. ° C) and at very high pressure.
- This fluid must be cooled and depressurized and possibly treated, for example by chemical neutralization in order to be able to be rejected or possibly stored in collection containers or tanks.
- the known process for hydrothermal oxidation of organic effluents into supercritical water consists in bringing the effluents into contact with water at very high temperature and at very high pressure in the presence of oxygen, so as to destroy the organic molecules by generally exothermic reactions which raise the temperature and pressure of water to levels higher than those corresponding to the critical point of water (22.1 MPa and 374 ° C).
- Water in supercritical condition is an extremely powerful solvent which destroys organic molecules in a period of one second to one minute, depending on their thermal stability.
- the cooling and treatment fluid is injected inside the high temperature fluid circulation conduit through a second coaxial conduit passing through the wall of the high temperature fluid circulation conduit.
- the coolant injection duct and certain parts of the high temperature fluid circulation duct undergo very strong thermal gradients in their walls, so that it is very difficult to design structures resistant to these gradients.
- the parts of the conduits in contact with the supercritical water undergo very strong corrosion, so that it is necessary to use corrosion resistant materials such as titanium or nickel alloys to form these parts of the conduits.
- the object of the invention is therefore to propose a device for mixing a first fluid at a first temperature and a second fluid at a second temperature, in the form of coaxial currents having the same direction of circulation, comprising an envelope generally cylindrical tubular and having a substantially rectilinear axis, delimiting a cylindrical mixer chamber coaxial with the envelope comprising, at a first axial end, a first element for connection to means for supplying the first fluid and, to a second axial end opposite the first, a second element for connection to means for discharging the mixture of the first and second fluids and at least one conduit for guiding at least one of the first and the second fluids, substantially rectilinear and arranged in the cylindrical chamber in a coaxial arrangement, this device making it possible to mix the fluids under good conditions, with s limited thermal gradients in the various envelopes and tubular conduits of the device.
- the device comprises a third element for connecting the mixer chamber to second fluid supply means, in an intermediate arrangement in the axial direction between the first and the second connection elements and in a direction transverse substantially perpendicular to the axial direction and the guide duct extends axially in the mixer chamber between the first mier connection element and a mixing zone of the mixer chamber downstream of the third connection element in the direction from the first to the second connection element and comprises a tubular wall having at least one annular internal space of coaxial insulation in communication with a zone of the mixer chamber, extending substantially over the entire length of the guide duct, the third connecting element opening into the cylindrical chamber facing an external surface of the wall of the duct guide.
- the device according to the invention may have, individually or in combination, the following characteristics: .- the guide duct comprises a first tubular duct extending axially in the mixer chamber from the first connection element to an axial end of the mixer chamber and a second tubular conduit having an inside diameter greater than the outside diameter of the first tubular conduit disposed coaxially with the first tubular conduit and the casing of the mixer having a first axial end inside the cylindrical chamber in which there is engaged an end part of the first tubular conduit and a second axial end downstream of the third connection element which opens out into the mixer chamber facing the external surface of the wall of the second tubular conduit, so that the second fluid introduced into the mixer chamber through the third
- the connection element circulates in an annular zone of the closed mixer chamber at the second axial end of the second tubular duct, in the axial direction and in a first direction towards the first end of the second tubular duct and then, in a second direction.
- the first and second tubular conduits each consist of a set of coaxial ferrules threaded one on the other comprising parts of reduced thickness so as to provide spaces between them annulars coaxial and traversed by openings placing the coaxial annular spaces in communication with a medium external to the tubular conduit in the mixer chamber;
- the second tubular conduit has an internal ferrule projecting at one of its axial ends relative to the set of ferrules of the second tubular conduit intended to engage around the first tubular conduit with a radial clearance and traversed by fluid passage openings in an annular space between the outer surface of the first tubular conduit and the inner surface of the inner shell of the second tubular conduit.
- the device can be used in particular for mixing a first fluid consisting mainly of supercritical water used for the treatment of effluents by oxidation to supercritical water with a second fluid consisting mainly of cooling water at a substantially lower temperature. at the temperature of the second fluid.
- the first fluid may be at a temperature of the order of 550 ° C and the second fluid at a temperature of the order of 20 ° C.
- FIG 1 is a schematic view in axial section of a mixer according to the invention and according to a first embodiment.
- Figure 2 is a schematic axial sectional view of a mixer according to the invention and according to a second embodiment.
- Figure 3 is an enlarged axial sectional view of a first tubular conduit of the mixer shown in Figure 2 for guiding the first fluid, consisting of ferrules threaded one on the other.
- FIGS. 4A and 4B are diagrammatic section views of a wall of a tubular conduit on which are represented the variations in temperature in the wall of the tubular conduit exposed on its external and internal surfaces to fluids at different temperatures.
- FIG. 4A relates to a solid wall.
- FIG. 4B relates to a wall according to the invention comprising annular internal spaces filled with fluid.
- FIG. 1 there is shown schematically a mixing device according to the invention generally designated by reference numeral 1 comprising an outer casing 2 of generally tubular cylindrical shape delimiting an internal cylindrical mixer chamber 3, the casing 2 and the cylindrical chamber 3 having for common axis the longitudinal axis 4 of the mixer.
- the casing 2 comprises, at a first axial end, a first connection and inlet element 5 which may be constituted by an opening surrounded by a flange allowing the connection of the mixer 1 to a means for supplying the first fluid, by example an outlet pipe of a reactor 30 for oxidizing effluents into supercritical water constituting the first fluid which is cooled by mixing inside the mixer 1.
- the first fluid consists of large part of supercritical water at a temperature close to 550 ° C. and at a pressure of the order of 25 MPa.
- the casing 2 of the mixer comprises, at a second axial end opposite the end 5, a second discharge and connection element 6 which may be constituted by an opening surrounded by a flange for connecting the mixer to a conduit for evacuation of the mixture, that is to say the cooled water, for example up to a temperature of 300 ° C.
- the evacuation duct connected to the connection element 6 can provide the junction between the mixer and a heat exchanger 31 making it possible to cool the fluid obtained by mixing at the outlet of the mixer, to ambient conditions.
- the casing 2 further comprises a third connection element 7 which may be constituted by a nozzle and a flange making it possible to connect the mixer to a means of supplying coolant, for example to a reservoir and a pumping installation d cooling water making it possible to inject water into the cylindrical chamber 3 of the mixer at a temperature of the order of 20 ° C. and at a pressure slightly greater than the pressure of the first fluid, that is to say slightly greater than 25 MPa.
- a guide duct 8 Inside the cylindrical chamber 3 of the mixer, in a coaxial arrangement, is mounted a guide duct 8, the tubular cylindrical wall of which comprises one or more internal annular coaxial spaces 9 extending substantially over the entire axial length of the guide duct 8 and delimited between coaxial tubular elements of small thickness.
- a guide duct 8 having a single annular space 9 between an outer wall member 8a and an inner wall member 8b.
- the external wall element 8a of the guide duct 8 is traversed by small openings 10 (for example having a diameter of the order of a millimeter) distributed along the circumference of the tubular duct in two zones arranged in the vicinity of the axial ends of the guide duct.
- the openings 10 put the internal annular space 9 of the wall 8 into communication with the cylindrical chamber 3 of the mixer. In this way, during operation of the mixer, the internal annular space 9 of the wall of the tubular conduit 8 is filled with water in a practically stagnant state.
- this annular space filled with water makes it possible to ensure a certain insulation and a limitation of the thermal gradient in the radial direction through the wall of the guide duct 8.
- the guide duct 8 is connected, to one of its axial ends, at the casing of the mixer, at the level of the first connection element 5, so that the first fluid (as indicated by arrow 11) flows in the axial direction 4, at the inside the guide duct 8.
- the duct 8 is fixed to the casing 2 of the mixer, by means of an annular piece 12.
- the third connection element 7 is disposed as far as possible from the first element connection, so as to separate from one another the zone for introducing the first fluid at very high temperature and the zone for introducing the second fluid consisting of water at approximately 20 ° C.
- the distance between the first and the third connection elements is in fact little less than the total length of the casing 2 of the mixer in the axial direction 4 (for example a little less than one meter).
- the third connection element 7 is directed along an axis 13 substantially perpendicular to the longitudinal axis 4 of the mixer, the direction of the third connection element along which the second fluid is introduced into the cylindrical chamber 3 (represented by the arrow 14 ) being lateral or radial, relative to the casing of the mixer.
- the third connection element connected to a supply pipe 32 for cooling water is moreover arranged so as to open into the cylindrical enclosure 3 facing part of the external surface of the guide pipe 8 which extends in the axial direction 4 from the first connection element 5 to a zone 15 of the cylindrical chamber 3 located downstream of the third connection element 7 (considering the circulation of the first fluid in the axial direction , as shown by the arrows 11).
- the cooling water which is introduced into the cylindrical chamber 3, with a pressure slightly greater than the pressure of the first fluid comes into contact with the external surface of the tubular duct 8 and is distributed along the axial length around this duct 8, at the interior of the cylindrical chamber 3.
- the introduction of cooling water maintains the casing 2 in the region of the third connection element 7, at a temperature close to the temperature of the cooling water.
- the cooling water flows towards the outlet of the mixer at the second connection element 6, in a substantially axial direction, to meet the flow of first high temperature fluid circulating inside the duct. guide 8.
- the cooling water mixes with the first fluid at very high temperature, the cooled mixture being recovered at the outlet of the mixer, at the level of the second connection 6.
- the cooling water flow rate introduced into the cylindrical casing is adjusted so that the temperature of the mixture recovered at the outlet of the mixer is close to 300 ° C.
- the first connection element 5 is at the temperature of the first fluid, for example 550 ° C.
- the third connection element 7 is at a temperature of the order of 20 ° C.
- the axial thermal gradient between the first and the third connection elements has a high value in an area of the casing 2 of cylindrical shape intermediate between the first and the third connection elements.
- the axial thermal gradient, high in this zone of the envelope does not affect the behavior of the envelope, the gradient applying in an entirely axisymmetric zone.
- the connection elements are at perfectly uniform and constant temperatures which are the temperature of the first and second fluids.
- the temperature gradient between the second connection element 6, at the outlet of the mixer, and the third connection element is located in a cylindrical zone of the envelope of the mixer, which has no impact on its performance in service.
- the guide duct 8 is in contact, on its inner surface, with the first high temperature fluid and, on its outer surface, with the second cooling fluid inside the cylindrical chamber 3.
- the thermal gradient in the direction radial, through the wall of the guide duct 8, is therefore high, at least in certain zones of the wall of the guide duct 8.
- the presence of at least one annular space 9 filled with fluid, that is to say say water, makes it possible to limit the gradient across the wall elements 8a and 8b of the guide duct 8 to low values, the insulating layer consisting of water filling the space 9 absorbing most of the thermal gradient between the internal surface of the guide duct 8 in contact with the first fluid at 550 ° C and the external surface in contact with the cooling water at 20 ° C in the cylindrical chamber 3.
- FIG. 2 we have schematically shown a second mode for producing a mixer according to the invention.
- the corresponding elements in Figures 1 and 2 are designated by the same references.
- the essential differences between the device according to the second embodiment and the first embodiment are relative the shape of the casing 2 of the mixer 1 and the use of a guide duct in two parts 18a, 18b each constituted by a tubular duct arranged and fixed coaxially inside the casing 2 of the mixer.
- the first tubular conduit constituting the first part 18a of the guide conduit is fixed inside the first connection element 5 of the mixer, by an annular piece 12, in the same manner as the single conduit 8 of the first embodiment.
- the wall of the first tubular conduit 18a has at least one annular internal space 19a extending substantially over its entire axial length.
- the second part 18b of the guide conduit is constituted by a second tubular conduit whose internal diameter is greater than the external diameter of the first tubular conduit 18a and whose wall comprises at least one annular space 19b extending substantially along its entire length.
- the second tubular conduit 18b is engaged in the annular part 12 at its upper part by means of a ferrule 20 and engaged by its lower part in a part 16, inside the second connection element 6 of the mixer arranged as follows its axial output end.
- the free end of the first tubular conduit 18a is engaged over a certain length in the free end of the second tubular conduit 18b, the first and second conduits 18a, 18b having as axis the axis 4 of the casing of the mixer.
- the guide conduit constituted by the first part of conduit 18a and the second part of conduit 18b extends from the first connection element 5 at an axial end of the casing of the mixer to a zone 15 located downstream of the branch of the third connection element which opens inside the cylindrical chamber 3 of the mixer, facing the external surface of the second tubular conduit 18b.
- the flow of cooling water passing inside the shell 20 is turned over to then flow downwards and enter the annular space between the first tubular conduit 18a and the second tubular conduit 18b.
- the cooling water mixes with the first high temperature fluid in the mixing zone 17 at the outlet of the first tubular conduit 18a. The mixture is recovered by the outlet opening of the mixer at the second connection element 6.
- the part of the casing 2 of the mixer located between a shoulder 2a and the second connection element 6 is substantially at the temperature of the cooling water (around 20 ° C).
- the first connection element 5 is at a temperature close to the temperature of the first fluid (550 ° C).
- the maximum temperature gradient in the axial direction is located in a cylindrical region 2b of the casing between the first connecting element 5 and the shoulder 2a.
- a strong thermal gradient in the axisymmetric cylindrical zone 2b of the casing does not present any drawback for the behavior of the casing of the mixer in service.
- the connection elements 5, 6 and 7 are at uniform temperatures and the connection elements 5 and 7 are separated from one another by an axial distance little less than the total length of the casing 2 of the mixer .
- the thermal gradients through the first tubular conduit 18a and through the second tubular conduit 18b are largely absorbed by at least one insulating layer of standing water inside the annular space. respective 19a or 19b of the tubular conduit 18a or 18b.
- the thermal gradient across the wall of the first tubular conduit 18a whose interior surface is in contact with the first fluid at high temperature and the external surface in contact with cooling water is substantially greater than the thermal gradient through the wall of the second tubular conduit 18b which is in contact by its internal surface with the mixture of fluid at approximately 300 ° C. and over its outer surface with the cooling water at 20 ° C filling the external annular part of the cylindrical chamber 3 of the mixer.
- a tubular conduit for example the conduit 18a of the device shown in Figure 2 having three annular insulation spaces 19'a, 19 "a, 19" 'a extending along the entire axial length of the part of the conduit 18a subjected to a strong thermal gradient.
- the coaxial annular spaces delimited by ferrules threaded one on the other correspond to the single annular space 19a represented in a simplified manner in FIG. 2. As it is visible in FIG.
- the first set of ferrules constituting the first tubular conduit 18a has an internal ferrule 21 and three external ferrules 22a, 22b, 22c threaded one on the other and on the internal ferrule 21 in a coaxial arrangement.
- Each of the ferrules 21, 22a and 22b has a part extending over an axial length L in which the ferrule has a reduced thickness.
- the external ferrules 22a, 22b and 22c are traversed along their entire thickness by small diameter openings (for example 2 mm) distributed along their circumference in two zones 23 and 23 'at the ends of the zone of length L in which the ferrules 21, 22a and 22b have a reduced thickness, that is to say at the axial ends of the annular spaces 19'a, 19 "a and 19" 'a.
- the annular spaces 19'a, 19 "a and 19” 'a are filled with practically stagnant water entering the annular spaces through the openings of the zones 23 and 23'.
- the internal ferrule 21 completely isolates the internal part of the first tubular conduit 18a receiving the first high temperature fluid from the annular spaces 19'a, 19 "a and 19” 'a and from the zone for receiving the cooling water. outside the first tubular conduit 18.
- the second conduit 18b is similar to the first conduit 18a and constituted by ferrules threaded one on the other; the ferrules of the second conduit 18b have a portion of reduced thickness, substantially along their entire length which is subjected to a strong thermal gradient and the internal ferrule 20 is extended at the upper end of the conduit 18b and has through openings 20 ' . As can be seen in FIGS.
- the thermal gradient in the case of a homogeneous wall 18 of any material subjected, on a first side, to a first temperature and, on a second side, to a second temperature lower than the first , the thermal gradient can be represented by the slope of a straight line 26 which can be very strong in the case of a very large temperature difference between the two faces of the wall 18.
- a wall element 18 ′ is shown, constituted by a first wall element 18 ′ a, a second wall element 18 ′ b and a third wall element 18 ′ c arranged parallel to each other.
- the thermal gradient is represented by the slopes of a broken line 26 ′ whose straight parts inside the solid wall elements 18 ′ a, 18 ′ b, 18 ′ c have a slight slope and the straight parts inside the spaces filled with insulating material, a steep slope.
- the thermal gradients inside the wall elements 18'a, 18'b and 18'c of the composite wall 18 ' are greatly reduced.
- the wall 18 and the wall elements 18'a, 18'b and 18'c have the form of coaxial tubular envelopes.
- These tubular cylindrical walls when subjected to a significant radial thermal gradient have radial and circumferential stresses which can exceed the rupture limit of the envelope and lead to the degradation of the wall of the component.
- These constraints are functions of the temperature gradient, the characteristics of the material (modulus of elasticity, Poisson's ratio and coefficient of expansion) and the dimensions of the tube (radius and thickness).
- no solid material can be used without undergoing degradation.
- a tubular casing such as the casing 18 cannot therefore be used in the case of high thermal gradients.
- a composite envelope as shown in FIG.
- the wall elements 18'a, 18'b, 18'c which are only subjected to low thermal gradients can be designed to resist these gra - thermal towers but the insulation layers in the spaces 19'ab and 19'bc can be subjected to very strong thermal gradients, so that it can be difficult to find insulating materials resistant to the stresses due to these thermal gradients .
- the insulation spaces 19'ab and 19'bc of the wall 18 ' can be filled with fluid at the lower temperature, by providing openings passing through the wall elements 18'b and 18'c for example.
- the critical thicknesses of the spaces 19'ab and 19'bc are defined below which no natural convection can occur in the process fluid filling the spaces 19'ab and 19'bc. Only the thermal conductivity of the fluid is involved. Depending on the value of the overall thermal gradient implemented within the framework of the process and the number of insulating layers (for example two or three insulating layers, as in the case of the embodiment described above), the thicknesses can be very small, for example less than a millimeter.
- Such walls as shown in FIG. 4B can be used as walls separating fluids at very different temperatures and in particular as walls of the guide conduits of a mixer according to the invention.
- the invention therefore relates to a mixing device making it possible to efficiently mix fluids at very different temperatures while avoiding significant thermal gradient effects in the separation walls of the mixer.
- the invention is not limited to the embodiment which has been described.
- the mixer according to the invention can comprise a casing of a shape different from those which have been described and one or more guide conduits internal to the casing of the mixer making it possible to ensure the circulation between the streams of fluid to different temperatures.
- the residual fluid can be both cooled and neutralized, for example by injection of cooling water containing soda.
- the invention can be applied to the cooling of fluids different from residual fluids of an effluent oxidation operation in supercritical water.
- the invention can also be applied in the case of mixtures of fluids at very different temperatures in many industries and especially in the chemical industry.
- the invention can also have applications in energy production installations.
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Abstract
Le dispositif comporte une enveloppe tubulaire (2) ayant un premier élément de raccordement (5) pour son alimentation en premier fluide à une première extrémité axiale et un second élément de raccordement (6) pour l'évacuation d'un mélange du premier et du second fluides à une seconde extrémité axiale. Un conduit interne de guidage de fluide (18a, 18b) est placé coaxialement à l'enveloppe (2) du mélangeur. Le dispositif comporte de plus un troisième élément de raccordement (7) dans une disposition latérale traversant l'enveloppe (2) entre le premier élément de raccordement (5) et le second élément de raccordement (6) et débouchant dans une chambre cylindrique (3) du mélangeur en vis-à-vis de la surface externe du conduit de guidage (18a, 18b). Le conduit de guidage (18a, 18b) qui peut être en deux parties comporte une paroi dans laquelle est ménagé un espace d'isolation (19a, 19b) qui est mis en communication avec la chambre cylindrique (3). Le dispositif suivant l'invention peut être utilisé en particulier pour assurer le refroidissement d'eau supercritique utilisée dans un procédé d'oxydation d'effluents dans de l'eau supercritique.
Description
Dispositif de mélange de deux fluides et utilisation pour le refroidissement d'un fluide à très haute température L'invention concerne un dispositif de mélange d'un premier fluide à une première température et d'un second fluide à une seconde température. Dans le cas de certains processus industriels, il est nécessaire d'effectuer le mélange d'un premier et d'un second fluides dont les températures peuvent être extrêmement différentes l'une de l'autre. Par exemple dans le cas du traitement d'effluents organiques par oxydation dans de l'eau en conditions supercritiques, on obtient, à l'issue du traitement, un fluide résiduel constitué principalement par de l'eau à très haute température (par exemple 550°C environ) et à très haute pression. Ce fluide doit être refroidi et dépressurisé et éventuellement traité, par exemple par neutralisation chimique pour pouvoir être rejeté ou éventuellement stocké dans des récipients ou réservoirs de recueil. Le procédé connu d'oxydation hydrothermale d'effluents organiques en eau supercritique consiste à mettre les effluents en contact avec de l'eau à très haute température et à très haute pression en présence d'oxygène, de manière à détruire les molécules organiques par des réactions généralement exothermiques qui élèvent la température et la pression de l'eau jusqu'à des niveaux supérieurs à ceux correspondants au point critique de l'eau (22,1 MPa et 374°C). L'eau en condition supercritique est un solvant extrê- mement puissant qui permet de détruire les molécules organiques en une durée d'une seconde à une minute, suivant leur stabilité thermique. On peut traiter par ce procédé en particulier des gaz chimiques, des désherbants, des boues de station d'épuration ou des rejets d'usine chimique ou des déchets nucléaires. Dans tous les cas, les molécules d'effluents sont transformées en substances ne présentant pas de nocivité pour l'environnement, tel que le gaz carbonique C02, l'eau et l'azote moléculaire. Dans le cas de substances de type organochloré, il se forme de l'acide chlorhydrique HCI qui peut être neutralisé par une injection d'une so- lution de soude dans le fluide résiduel du traitement, la soude neutralisant l'acide chlorhydrique sous la forme du chlorure de sodium NaCI.
Dans le cas de procédés d'oxydation en eau supercritique qui ont été mis en œuvre, le fluide résiduel constitué en grande partie d'eau peut être à une température aussi élevée que 550°C et à une pression sensiblement supérieure à la pression critique de 22,1 MPa. De telles conditions de pression et de température ne permettent pas d'utiliser des échangeurs de chaleur de type classique opérant un échange de chaleur entre deux fluides à travers une paroi, pour refroidir le fluide résiduel jusqu'à des conditions ambiantes. On peut généralement utiliser, dans un processus industriel, des échangeurs de chaleur permettant d'abaisser la température de l'eau, depuis une température de l'ordre de 300°C, sensiblement inférieure à la température critique de l'eau, jusqu'à une température ambiante, par exemple 20°C. Il reste nécessaire, dans le cas du traitement d'effluents organiques en eau supercritique, de disposer d'un procédé et de dispositifs permettant de refroidir l'eau entre sa température de départ de l'ordre de 550°C et une température de l'ordre de 300°C. Pour cela, on a proposé d'utiliser des échangeurs de chaleur de type coaxial dans lesquels le courant de fluide à très haute température circule à l'intérieur d'un tube central entouré par une chambre de refroidissement coaxiale dans laquelle on fait circuler un débit d'eau à une température de l'ordre de 20°C. De tels échangeurs de chaleur doivent présenter une très grande longueur et nécessitent l'utilisation de matériaux réfractaires extrêmement coûteux, tels que le titane, pour constituer en particulier le tube de circulation du fluide résiduel à très haute température. On a proposé également de réaliser un mélange du fluide résiduel à très haute température avec un fluide à une température sensiblement inférieure pouvant renfermer différents réactifs. Le fluide à haute température est introduit et mis en circulation à l'intérieur d'un conduit et le fluide de refroidissement et de traitement est injecté à l'intérieur du courant de fluide à haute température, de manière que le mélange de fluides se fasse par circulation coaxiale du fluide à haute température et du fluide de refroidissement et de traitement, dans le même sens de circulation. Le mélange de fluides est récupéré à la sortie du conduit constituant une chambre de mélangeur.
Le fluide de refroidissement et de traitement est injecté à l'intérieur du conduit de circulation du fluide à haute température par un second conduit coaxial traversant la paroi du conduit de circulation du fluide à haute température. Le conduit d'injection de fluide de refroidissement et certaines parties du conduit de circulation du fluide à haute température subissent de très forts gradients thermiques dans leurs parois, de telle sorte qu'il est très difficile de concevoir des structures résistant à ces gradients. En outre, dans le cas où l'on refroidit un fluide constitué principalement d'eau à l'état supercritique, les parties des conduits en contact avec l'eau supercritique subissent une très forte corrosion, de sorte qu'il est nécessaire d'utiliser des matériaux résistants à la corrosion tels que le titane ou les alliages de nickel pour constituer ces parties des conduits. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mélange d'un premier fluide à une première température et d'un second fluide à une seconde température, sous la forme de courants coaxiaux ayant un même sens de circulation, comportant une enveloppe tubulaire généralement cylindrique et ayant un axe sensiblement rectiligne, délimitant une chambre de mélangeur cylindrique coaxiale à l'enveloppe comprenant, à une première extrémité axiale, un premier élément de raccordement à des moyens d'ali- mentation en premier fluide et, à une seconde extrémité axiale opposée à la première, un second élément de raccordement à des moyens d'évacuation du mélange du premier et du second fluides et au moins un conduit de guidage de l'un au moins du premier et du second fluides, sensiblement rectiligne et disposé dans la chambre cylindrique dans une disposition coaxiale, ce dispositif permettant de réaliser le mélange des fluides dans de bonnes conditions, avec des gradients thermiques limités dans les différentes enveloppes et conduits tubulaires du dispositif. Dans ce but, le dispositif comporte un troisième élément de raccordement de la chambre de mélangeur à des moyens d'alimentation en se- cond fluide, dans une disposition intermédiaire dans la direction axiale entre le premier et le second éléments de raccordement et dans une direction transversale sensiblement perpendiculaire à la direction axiale et le conduit de guidage s'étend axialement dans la chambre de mélangeur entre le pre-
mier élément de raccordement et une zone de mélange de la chambre de mélangeur en aval du troisième élément de raccordement dans le sens allant du premier vers le second élément de raccordement et comporte une paroi tubulaire ayant au moins un espace interne annulaire d'isolation coaxial en communication avec une zone de la chambre de mélangeur, s'étendant substantiellement sur toute la longueur du conduit de guidage, le troisième élément de raccordement débouchant dans la chambre cylindrique en vis-à-vis d'une surface externe de la paroi du conduit de guidage. Le dispositif suivant l'invention peut présenter, isolément ou en com- binaison, les caractéristiques suivantes : .- le conduit de guidage comporte un premier conduit tubulaire s'étendant axialement dans la chambre de mélangeur depuis le premier élément de raccordement à une extrémité axiale de la chambre de mélangeur et un second conduit tubulaire ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du premier conduit tubulaire disposé coaxialement au premier conduit tubulaire et à l'enveloppe du mélangeur comportant une première extrémité axiale à l'intérieur de la chambre cylindrique dans laquelle est engagée une partie d'extrémité du premier conduit tubulaire et une seconde extrémité axiale en aval du troisième élément de raccordement qui débou- che dans la chambre de mélangeur en vis-à-vis de la surface externe de la paroi du second conduit tubulaire, de manière que le second fluide introduit dans la chambre de mélangeur par le troisième élément de raccordement circule dans une zone annulaire de la chambre de mélangeur fermée au niveau de la seconde extrémité axiale du second conduit tubulaire, dans la direction axiale et dans un premier sens vers la première extrémité du second conduit tubulaire puis, dans un second sens, à l'intérieur du second conduit tubulaire entre la première et la seconde extrémités axiales du second conduit tubulaire, le premier et le second fluides se mélangeant sous forme de courants coaxiaux circulant dans le même sens dans une zone de mélange à l'intérieur du second conduit tubulaire ; - le premier et le second conduit tubulaires sont constitués chacun par un ensemble de viroles coaxiales enfilées l'une sur l'autre comportant des parties d'épaisseur réduite de manière à ménager entre elles des espaces
annulaires coaxiaux et traversées par des ouvertures mettant en communication les espaces annulaires coaxiaux avec un milieu extérieur au conduit tubulaire dans la chambre de mélangeur ; - le second conduit tubulaire comporte une virole interne en saillie à l'une de ses extrémités axiales par rapport à l'ensemble de viroles du second conduit tubulaire destinée à venir s'engager autour du premier conduit tubulaire avec un jeu radial et traversée par des ouvertures de passage de fluide dans un espace annulaire entre la surface externe du premier conduit tubulaire et la surface interne de la virole interne du second conduit tubu- laire. Le dispositif peut être utilisé en particulier pour mélanger un premier fluide constitué principalement par de l'eau supercritique utilisée pour le traitement d'effluents par oxydation en eau supercritique avec un second fluide constitué principalement par de l'eau de refroidissement à une température sensiblement inférieure à la température du second fluide. Dans ce cas, le premier fluide peut être à une température de l'ordre de 550°C et le second fluide à une température de l'ordre de 20°C. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exemple en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisa- tion d'un dispositif de mélange suivant l'invention utilisé pour le refroidissement d'un fluide à très haute température et à très haute pression provenant d'un réacteur d'oxydation en eau supercritique. La figure 1 , est une vue schématique en coupe axiale d'un mélangeur suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 2 est une vue en coupe axiale schématique d'un mélangeur suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. La figure 3 est une vue en coupe axiale agrandie d'un premier conduit tubulaire du mélangeur représenté sur la figure 2 pour le guidage du premier fluide, constitué par des viroles enfilées l'une sur l'autre. Les figures 4A et 4B sont des vues en coupe schématique d'une paroi de conduit tubulaire sur laquelle sont représentées les variations de la température dans la paroi du conduit tubulaire exposée sur ses surfaces externe et interne à des fluides à des températures différentes.
La figure 4A est relative à une paroi pleine. La figure 4B est relative à une paroi selon l'invention comportant des espaces internes annulaires remplis de fluide. Sur la figure 1 , on a représenté de manière schématique un dispositif de mélange suivant l'invention désigné de manière générale par le repère 1 comportant une enveloppe externe 2 de forme générale cylindrique tubulaire délimitant une chambre de mélangeur cylindrique interne 3, l'enveloppe 2 et la chambre cylindrique 3 ayant pour axe commun l'axe longitudinal 4 du mélangeur. L'enveloppe 2 comporte, à une première extrémité axiale, un premier élément de raccordement et d'admission 5 qui peut être constitué par une ouverture entourée par une bride permettant le raccordement du mélangeur 1 à un moyen d'alimentation en premier fluide, par exemple un conduit de sortie d'un réacteur 30 d'oxydation d'effluents en eau supercritique consti- tuant le premier fluide dont on réalise le refroidissement par mélange à l'intérieur du mélangeur 1. Dans ce cas, le premier fluide est constitué en grande partie d'eau supercritique à une température voisine de 550°C et à une pression de l'ordre de 25 MPa. L'enveloppe 2 du mélangeur comporte, à une seconde extrémité axiale opposée à l'extrémité 5, un second élément d'évacuation et de raccordement 6 qui peut être constitué par une ouverture entourée par une bride de raccordement du mélangeur à un conduit d'évacuation du mélange, c'est-à-dire l'eau refroidie, par exemple jusqu'à une température de 300°C. Le conduit d'évacuation relié à l'élément de raccordement 6 peut assurer la jonction entre le mélangeur et un échangeur de chaleur 31 permettant de refroidir le fluide obtenu par mélange à la sortie du mélangeur, jusqu'à des conditions ambiantes. L'enveloppe 2 comporte de plus un troisième élément de raccordement 7 qui peut être constitué par un piquage et une bride permettant de relier le mélangeur à un moyen d'alimentation en fluide de refroidissement, par exemple à un réservoir et une installation de pompage d'eau de refroidissement permettant d'injecter dans la chambre cylindrique 3 du mélangeur de l'eau à une température de l'ordre de 20°C et à une pression légèrement
supérieure à la pression du premier fluide, c'est-à-dire légèrement supérieure à 25 MPa. A l'intérieur de la chambre cylindrique 3 du mélangeur, dans une disposition coaxiale, est monté un conduit de guidage 8 dont la paroi cylindri- que tubulaire comporte un ou plusieurs espaces annulaires internes coaxiaux 9 s'étendant sensiblement sur toute la longueur axiale du conduit de guidage 8 et délimités entre des éléments tubulaires coaxiaux de faible épaisseur. Sur la figure 1 , on a représenté, pour simplifier le dessin, un conduit de guidage 8 comportant un seul espace annulaire 9 entre un élément de paroi externe 8a et un élément de paroi interne 8b. L'élément de paroi externe 8a du conduit de guidage 8 est traversé par des ouvertures 10 de petites dimensions (ayant par exemple un diamètre de l'ordre du millimètre) réparties suivant la circonférence du conduit tu- bulaire dans deux zones disposées au voisinage des extrémités axiales du conduit de guidage. Les ouvertures 10 mettent en communication l'espace annulaire interne 9 de la paroi 8 avec la chambre cylindrique 3 du mélangeur. De cette manière, pendant le fonctionnement du mélangeur, l'espace annulaire interne 9 de la paroi du conduit tubulaire 8 est rempli d'eau à l'état pratiquement stagnant. Comme il sera expliqué plus loin, cet espace annulaire rempli d'eau permet d'assurer une certaine isolation et une limitation du gradient thermique dans la direction radiale à travers la paroi du conduit de guidage 8. Le conduit de guidage 8 est relié, à l'une de ses extrémités axiales, à l'enveloppe du mélangeur, au niveau du premier élément de raccordement 5, de manière que le premier fluide (comme indiqué par la flèche 11) s'écoule dans la direction axiale 4, à l'intérieur du conduit de guidage 8. De préférence, le conduit 8 est fixé sur l'enveloppe 2 du mélangeur, par l'intermédiaire d'une pièce annulaire 12. Le troisième élément de raccordement 7 est disposé le plus loin possible du premier élément de raccordement, de manière à éloigner l'une de l'autre la zone d'introduction du premier fluide à très haute température et la zone d'introduction du second fluide constitué par de l'eau à 20°C environ
dans l'enveloppe 2 du mélangeur. La distance entre le premier et le troisième éléments de raccordement est en fait peu inférieure à la longueur totale de l'enveloppe 2 du mélangeur dans la direction axiale 4 (par exemple un peu moins d'un mètre). Le troisième élément de raccordement 7 est diri- gé suivant un axe 13 sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal 4 du mélangeur, la direction du troisième élément de raccordement suivant laquelle le second fluide est introduit dans la chambre cylindrique 3 (représentée par la flèche 14) étant latérale ou radiale, par rapport à l'enveloppe du mélangeur. Le troisième élément de raccordement relié à un conduit d'alimentation 32 en eau de refroidissement est de plus disposé de manière à déboucher dans l'enceinte cylindrique 3 en vis-à-vis d'une partie de la surface externe du conduit de guidage 8 qui s'étend dans la direction axiale 4 depuis le premier élément de raccordement 5 jusqu'à une zone 15 de la chambre cy- lindrique 3 située en aval du troisième élément de raccordement 7 (en considérant la circulation du premier fluide dans la direction axiale, comme représenté par les flèches 11). L'eau de refroidissement qui est introduite dans la chambre cylindrique 3, avec une pression légèrement supérieure à la pression du premier fluide vient en contact avec la surface externe du conduit tubulaire 8 et se répartit suivant la longueur axiale autour de ce conduit 8, à l'intérieur de la chambre cylindrique 3. L'introduction d'eau de refroidissement assure un maintien de l'enveloppe 2 dans la zone du troisième élément de raccordement 7, à une température proche de la température de l'eau de refroidissement. En outre, l'eau de refroidissement s'écoule en direction de la sortie du mélangeur au niveau du second élément de raccordement 6, dans une direction sensiblement axiale, pour rencontrer le flux de premier fluide à haute température circulant à l'intérieur du conduit de guidage 8. A la sortie du conduit de guidage 8, dans la zone 15, l'eau de refroidissement se mélange au premier fluide à très haute température, le mélange refroidi étant récupéré à la sortie du mélangeur, au niveau du deuxième élément de raccordement 6. Le débit d'eau de refroidissement introduit dans l'enveloppe cylindrique est réglé de manière que la température du mélange récupéré à la sortie du mélangeur soit voisine de 300°C.
Lors de la mise en œuvre du mélangeur, le premier élément de raccordement 5 est à la température du premier fluide, par exemple 550°C, alors que le troisième élément de raccordement 7 est à une température de l'ordre de 20°C. Le gradient thermique axial entre le premier et le troisième éléments de raccordement a une valeur élevée dans une zone de l'enveloppe 2 de forme cylindrique intermédiaire entre le premier et le troisième éléments de raccordement. Le gradient thermique axial, élevé dans cette zone de l'enveloppe, n'a pas d'incidence sur la tenue de l'enveloppe, le gradient s'appliquant dans une zone entièrement axisymetrique. En outre, les éléments de raccordement sont à des températures parfaitement homogènes et constantes qui sont la température du premier et du second fluides. De même, le gradient de température entre le second élément de raccordement 6, au niveau de la sortie du mélangeur, et le troisième élément de raccordement se situe dans une zone cylindrique de l'enveloppe du mélangeur, ce qui n'a pas d'incidence sur sa tenue en service. Le conduit de guidage 8 est en contact, sur sa surface intérieure, avec le premier fluide à haute température et, sur sa surface extérieure, avec le second fluide de refroidissement à l'intérieur de la chambre cylindrique 3. Le gradient thermique dans la direction radiale, à travers la paroi du conduit de guidage 8, est donc élevé, au moins dans certaines zones de la paroi du conduit de guidage 8. La présence d'au moins un espace annulaire 9 rempli de fluide, c'est-à-dire de l'eau, permet de limiter à des valeurs faibles le gradient à travers les éléments de paroi 8a et 8b du conduit de gui- dage 8, la couche isolante constituée par l'eau remplissant l'espace 9 absorbant l'essentiel du gradient thermique entre la surface interne du conduit de guidage 8 en contact avec le premier fluide à 550°C et la surface externe en contact avec l'eau de refroidissement à 20°C dans la chambre cylindrique 3. Sur la figure 2, on a représenté de manière schématique un second mode de réalisation d'un mélangeur suivant l'invention. Les éléments correspondants sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes repères. Les différences essentielles entre le dispositif selon le second mode de réalisation et le premier mode de réalisation sont relatives
à la forme de l'enveloppe 2 du mélangeur 1 et à l'utilisation d'un conduit de guidage en deux parties 18a, 18b constituées chacune par un conduit tubulaire disposé et fixé de manière coaxiale à l'intérieur de l'enveloppe 2 du mélangeur. Le premier conduit tubulaire constituant la première partie 18a du conduit de guidage est fixé à l'intérieur du premier élément de raccordement 5 du mélangeur, par une pièce annulaire 12, de la même manière que le conduit unique 8 du premier mode de réalisation. La paroi du premier conduit tubulaire 18a présente au moins un es- pace interne annulaire 19a s'étendant substantiellement sur toute sa longueur axiale. La seconde partie 18b du conduit de guidage est constituée par un second conduit tubulaire dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du premier conduit tubulaire 18a et dont la paroi comporte au moins un espace annulaire 19b s'étendant substantiellement suivant toute sa longueur. Le second conduit tubulaire 18b est engagé dans la pièce annulaire 12 à sa partie supérieure par l'intermédiaire d'une virole 20 et engagé par sa partie inférieure dans une pièce 16, à l'intérieur du second élément de raccordement 6 du mélangeur disposé suivant son extrémité axiale de sor- tie. L'extrémité libre du premier conduit tubulaire 18a est engagée sur une certaine longueur dans l'extrémité libre du second conduit tubulaire 18b, les premier et second conduits 18a, 18b ayant pour axe commun l'axe 4 de l'enveloppe du mélangeur. Le conduit de guidage constitué par la première partie de conduit 18a et la seconde partie de conduit 18b s'étend depuis le premier élément de raccordement 5 à une extrémité axiale de l'enveloppe du mélangeur jusqu'à une zone 15 située en aval de l'embranchement du troisième élément de raccordement qui débouche à l'intérieur de la chambre cylindrique 3 du mélangeur, en vis-à-vis de la surface externe du second conduit tubulaire 18b. Lorsqu'on alimente le mélangeur en premier fluide à 550°C à sa première extrémité axiale, le premier fluide à haute température circule (flèche 11 ) à l'intérieur du premier conduit tubulaire 18a qui débouche à l'intérieur du second conduit tubulaire 18b. L'eau de refroidissement introduite dans le
troisième élément de raccordement 7 à disposition radiale ou latérale (flèche 14), remplit l'espace annulaire de la chambre cylindrique 3 entre le second conduit 18b et la surface interne de l'enveloppe 2 qui est fermé à sa partie inférieure par la pièce d'isolation 16 dans laquelle est engagée la partie infé- heure du conduit 18b et circule vers le haut jusqu'à la partie supérieure de la virole 20 traversée par des ouvertures 20'. Le flux d'eau de refroidissement passant à l'intérieur de la virole 20 se retourne pour circuler ensuite vers le bas et pénétrer dans l'espace annulaire entre le premier conduit tubulaire 18a et le second conduit tubulaire 18b. L'eau de refroidissement se mélange au premier fluide à haute température dans la zone de mélange 17 à la sortie du premier conduit tubulaire 18a. Le mélange est récupéré par l'ouverture de sortie du mélangeur au niveau du second élément de raccordement 6. Dans le second mode de réalisation, la partie de l'enveloppe 2 du mélangeur située entre un épaulement 2a et le second élément de raccorde- ment 6 est sensiblement à la température de l'eau de refroidissement (voisine de 20°C). Le premier élément de raccordement 5 est à une température voisine de la température du premier fluide (550°C). Le gradient de température maximal dans la direction axiale se situe dans une zone cylindrique 2b de l'enveloppe entre le premier élément de raccordement 5 et l'épaulement 2a. Un fort gradient thermique dans la zone cylindrique axisymetrique 2b de l'enveloppe ne présente pas d'inconvénient pour la tenue de l'enveloppe du mélangeur en service. Les éléments de raccordement 5, 6 et 7 sont à des températures homogènes et les éléments de raccordement 5 et 7 sont éloi- gnés l'un de l'autre par une distance axiale peu inférieure à la longueur totale de l'enveloppe 2 du mélangeur. En outre, comme précédemment, les gradients thermiques à travers le premier conduit tubulaire 18a et à travers le second conduit tubulaire 18b sont absorbés en grande partie par au moins une couche isolante d'eau sta- gnante à l'intérieur de l'espace annulaire respectif 19a ou 19b du conduit tubulaire 18a ou 18b. Il est à noter que le gradient thermique à travers la paroi du premier conduit tubulaire 18a dont la surface intérieure est au contact du premier
fluide à haute température et la surface extérieure au contact d'eau de refroidissement est sensiblement supérieur au gradient thermique à travers la paroi du second conduit tubulaire 18b qui est en contact par sa surface intérieure avec le mélange de fluide à 300°C environ et sur sa surface exté- rieure avec l'eau de refroidissement à 20°C remplissant la partie annulaire externe de la chambre cylindrique 3 du mélangeur. Dans le cas du second mode de réalisation, la zone 15 située en aval du troisième élément de raccordement, à la sortie du conduit de guidage, reçoit le mélange de fluide, la zone de mélange 17 étant alors située en amont, à l'intérieur du second conduit de guidage 18b. Sur la figure 3, on a représenté un conduit tubulaire (par exemple le conduit 18a du dispositif représenté sur la figure 2) comportant trois espaces annulaires d'isolation 19'a, 19"a, 19"'a s'étendant suivant toute la longueur axiale de la partie du conduit 18a soumise à un fort gradient thermique. Les espaces annulaires coaxiaux délimités par des viroles enfilées l'une sur l'autre correspondent à l'espace annulaire unique 19a représenté de manière simplifiée sur la figure 2. Comme il est visible sur la figure 3, le premier ensemble de viroles constituant le premier conduit tubulaire 18a comporte une virole interne 21 et trois viroles externes 22a, 22b, 22c enfilées l'une sur l'autre et sur la virole interne 21 dans une disposition coaxiale. Chacune des viroles 21 , 22a et 22b comporte une partie s'étendant sur une longueur axiale L dans laquelle la virole présente une épaisseur réduite. Lorsque les viroles sont engagées l'une sur l'autre au montage du premier conduit tubulaire 18a, les espaces annulaires 19'a, 19"a et 19"'a sont ainsi ménagés respectivement entre les viroles 21 et 22a, 22a et 22b et 22b et 22c dans la partie du conduit soumise à un fort gradient thermique. En outre, les viroles externes 22a, 22b et 22c sont traversées suivant toute leur épaisseur par des ouvertures de petit diamètre (par exemple 2 mm) ré- parties suivant leur circonférence dans deux zones 23 et 23' aux extrémités de la zone de longueur L dans laquelle les viroles 21 , 22a et 22b ont une épaisseur réduite, c'est-à-dire aux extrémités axiales des espaces annulaires 19'a, 19"a et 19"'a. Lors du montage du conduit tubulaire 18a sur le dis-
positif représenté sur la figure 2, les viroles 21 , 22a, 22b, 22c qui comportent à leurs extrémités supérieures enfilées l'une sur l'autre une partie élargie diamétralement viennent reposer dans une gorge annulaire de la manchette 12, les parties de longueur L des viroles entre lesquelles sont ménagés les espaces annulaires 19'a, 19"a et 19"'a venant s'engager à l'intérieur de la virole interne 20 du second conduit tubulaire 18b. Les ouvertures disposées suivant les zones 23 et 23' des viroles mettent en communication les espaces annulaires 19'a, 19"a et 19"'a avec une zone annulaire de la chambre du mélangeur à l'intérieur de la virole 20 du second conduit tubulaire 18b rece- vant l'eau de refroidissement par l'intermédiaire des ouvertures 20'. Les espaces annulaires 19'a, 19"a et 19"'a sont remplis d'eau pratiquement stagnante pénétrant dans les espaces annulaires par les ouvertures des zones 23 et 23'. La virole interne 21 isole totalement la partie interne du premier conduit tubulaire 18a recevant le premier fluide à haute température des es- paces annulaires 19'a, 19"a et 19"'a et de la zone de réception de l'eau de refroidissement à l'extérieur du premier conduit tubulaire 18. Le second conduit 18b est analogue au premier conduit 18a et constitué par des viroles enfilées l'une sur l'autre ; les viroles du second conduit 18b présentent une partie d'épaisseur réduite, en substance suivant toute leur longueur qui est soumise à un fort gradient thermique et la virole interne 20 est prolongée à l'extrémité supérieure du conduit 18b et présente des ouvertures traversantes 20'. Comme il est visible sur les figures 4A et 4B, dans le cas d'une paroi homogène 18 en un matériau quelconque soumise, sur une première face, à une première température et, sur une seconde face, à une seconde température inférieure à la première, le gradient thermique peut être représenté par la pente d'une droite 26 qui peut être très forte dans le cas d'une très grande différence de température entre les deux faces de la paroi 18. Dans le cas de gradients thermiques très élevés, aucun matériau massif (tels que métaux ou réfractaires) ne peut être utilisé sans subir des dégradations. Sur la figure 4B, on a représenté un élément de paroi 18' constitué par un premier élément de paroi 18'a, un second élément de paroi 18'b et un troisième élément de paroi 18'c disposés parallèlement les uns aux autres
en ménageant un premier espace 19'ab entre les éléments 18'a et 18'b et un second espace 19'bc entre les éléments 18'b et 18'c, les espaces 19'ab et 19'bc étant remplis par un matériau isolant. Dans ce cas, le gradient thermique est représenté par les pentes d'une ligne brisée 26' dont les parties droi- tes à l'intérieur des éléments de paroi massifs 18'a, 18'b, 18'c ont une faible pente et les parties droites à l'intérieur des espaces remplis de matériau isolant, une forte pente. Dans ce cas, on réduit fortement les gradients thermiques à l'intérieur des éléments de paroi 18'a, 18'b et 18'c de la paroi composite 18'. Dans le cas d'éléments cylindriques tubulaires, la paroi 18 et les éléments de paroi 18'a, 18'b et 18'c ont la forme d'enveloppes tubulaires coaxiales. Ces parois cylindriques tubulaires, lorsqu'elles sont soumises à un gradient thermique radial important présentent des contraintes radiales et circonferentielles qui peuvent excéder la limite de rupture de l'enveloppe et conduire à la dégradation de la paroi du composant. Ces contraintes sont fonctions du gradient de température, des caractéristiques du matériau (module d'élasticité, coefficient de Poisson et coefficient de dilatation) et des dimensions du tube (rayon et épaisseur). Dans le cas de très forts gradients thermiques, aucun matériau massif ne peut être utilisé sans subir des dé- gradations. Une enveloppe tubulaire telle que l'enveloppe 18 ne peut donc être utilisée dans le cas de forts gradients thermiques. Dans le cas d'une enveloppe composite telle que représentée sur la figure 4B, les éléments de paroi 18'a, 18'b, 18'c qui ne sont soumis qu'à des gradients thermiques faibles peuvent être conçus pour résister à ces gra- dients thermiques mais les couches d'isolant dans les espaces 19'ab et 19'bc peuvent être soumises à des gradients thermiques très forts, de sorte qu'il peut être difficile de trouver des matériaux isolants résistants aux contraintes dues à ces gradients thermiques. Lorsque les deux côtés de la paroi sont en contact avec des fluides à des températures différentes, on peut assurer le remplissage en fluide des espaces d'isolation 19'ab et 19'bc de la paroi 18' par le fluide à plus basse température, en prévoyant des ouvertures traversant les éléments de paroi 18'b et 18'c par exemple. On utilise alors l'un des fluides mis en œuvre dans
le procédé en tant qu'isolant thermique, en créant une lame fluide entre deux éléments de paroi. Pour obtenir une lame fluide de caractéristiques satisfaisantes, on définit les épaisseurs critiques des espaces 19'ab et 19'bc en- dessous desquelles aucune convection naturelle ne peut se produire dans le fluide du procédé remplissant les espaces 19'ab et 19'bc. Seule la conducti- vité thermique du fluide intervient alors. Selon la valeur du gradient thermique global mis en œuvre dans le cadre du procédé et du nombre de couches isolantes (par exemple deux ou trois couches isolantes, comme dans le cas du mode de réalisation décrit plus haut), les épaisseurs peuvent être très faibles, par exemple inférieures au millimètre. De telles parois telles que représentées sur la figure 4B peuvent être utilisées comme parois séparant des fluides à des températures très différentes et en particulier comme parois des conduits de guidage d'un mélangeur suivant l'invention. L'invention est donc relative à un dispositif de mélange permettant de réaliser de manière efficace le mélange de fluides à des températures très différentes tout en évitant des effets de gradients thermiques importants dans les parois de séparation du mélangeur. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que le mélangeur suivant l'invention peut comporter une enveloppe de forme différente de celles qui ont été décrites et un ou plusieurs conduits de guidage internes à l'enveloppe du mélangeur permettant d'assurer la circulation entre les courants de fluide à des températures différentes. Dans le cas du refroidissement d'un fluide résiduel d'une opération de traitement par oxydation d'effluents dans de l'eau à l'état supercritique, le fluide résiduel peut être à la fois refroidi et neutralisé, par exemple par injection d'eau de refroidissement contenant de la soude. L'invention peut s'appliquer au refroidissement de fluides différents de fluides résiduels d'une opération d'oxydation d'effluents en eau supercritique. L'invention peut également s'appliquer dans le cas de mélanges de fluides à des températures très différentes dans de nombreuses industries et
en particulier dans l'industrie chimique. L'invention peut avoir des applications également dans les installations de production d'énergie.
Claims
REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mélange d'un premier fluide à une première température et d'un second fluide à une seconde température sous la forme de courants coaxiaux ayant un même sens de circulation, comportant une enve- loppe tubulaire (2) généralement cylindrique et ayant un axe (4) sensiblement rectiligne, délimitant une chambre de mélangeur cylindrique (3) coaxiale à l'enveloppe (2) comprenant, à une première extrémité axiale, un premier élément de raccordement (5) à des moyens d'alimentation en premier fluide et, à une seconde extrémité axiale opposée à la première, un second élément de raccordement (6) à des moyens d'évacuation du mélange du premier et du second fluides et au moins un conduit de guidage (8, 18) de l'un au moins du premier et du second fluides, sensiblement rectiligne et disposé dans la chambre de mélangeur (3) dans une disposition coaxiale, caractérisé par le fait qu'il comporte un troisième élément de raccordement (7) de la chambre de mélangeur (3) à des moyens d'alimentation en second fluide, dans une disposition intermédiaire dans la direction axiale entre le premier et le second éléments de raccordement (5, 6) et dans une direction transversale sensiblement perpendiculaire à la direction axiale et que le conduit de guidage (8, 18a, 18b) s'étend axialement dans la chambre de mélangeur (3) entre le premier élément de raccordement (5) et une zone (15) de la chambre de mélangeur (3) en aval du troisième élément de raccordement (7) dans le sens allant du premier vers le second élément de raccordement et comporte une paroi tubulaire ayant au moins un espace annulaire interne d'isolation (9, 19a, 19b, 19c, 19'a, 19'b, 19'c) coaxial en com- munication avec une zone de la chambre de mélangeur (3), s'étendant substantiellement sur toute la longueur du conduit de guidage (8, 18a, 18b), le troisième élément de raccordement (7) débouchant dans la chambre de mélangeur (3) en vis-à-vis d'une surface externe de la paroi du conduit de guidage (8, 18a, 18b). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait que le conduit de guidage comporte un premier conduit tubulaire (18a) s'étendant axialement dans la chambre de mélangeur (3) depuis le premier élément de raccordement (5) à une extrémité axiale de la chambre de mélangeur (3) et
un second conduit tubulaire (18b) ayant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du premier conduit tubulaire (18a) disposé coaxialement au premier conduit tubulaire (18a) et à l'enveloppe (2) du mélangeur comportant une première extrémité axiale à l'intérieur de la chambre cylindrique dans laquelle est engagée une partie d'extrémité du premier conduit tubulaire (18a) et une seconde extrémité axiale en aval du troisième élément de raccordement (7) qui débouche dans la chambre de mélangeur (3) en vis-à- vis de la surface externe de la paroi du second conduit tubulaire (18b), de manière que le second fluide introduit dans la chambre de mélangeur (3) par le troisième élément de raccordement circule dans une zone annulaire de la chambre de mélangeur (3) fermée au niveau de la seconde extrémité axiale du second conduit tubulaire, dans la direction axiale et dans un premier sens vers la première extrémité du second conduit tubulaire (19b) puis, dans un second sens, à l'intérieur du second conduit tubulaire (19b) entre la première et la seconde extrémités axiales du second conduit tubulaire, le premier et le second fluides se mélangeant sous forme de courants coaxiaux circulant dans le même sens dans une zone de mélange (17) à l'intérieur du second conduit tubulaire (19b). 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier et le second conduit tubulaires (18a, 18b) sont constitués chacun par un ensemble de viroles coaxiales enfilées l'une sur l'autre comportant des parties d'épaisseur réduite de manière à ménager entre elles des espaces annulaires coaxiaux (19'a, 19"a, 19"'a) et traversées par des ouvertures mettant en communication les espaces annulaires coaxiaux (19a, 19b, 19'a, 19"a, 19"'a, 19'ab, 19'bθc) avec un milieu extérieur au conduit tubulaire (18a,
18b) dans la chambre de mélangeur (3). 4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le second conduit tubulaire (18b) comporte une virole interne (20) en saillie à l'une de ses extrémités axiales par rapport à l'ensemble de viroles du se- cond conduit tubulaire (18b) destinée à venir s'engager autour du premier conduit tubulaire (18a) avec un jeu radial et traversée par des ouvertures (201) de passage de fluide dans un espace annulaire entre la surface externe
du premier conduit tubulaire (18a) et la surface interne de la virole interne (20) du second conduit tubulaire (18b). 5.- Utilisation d'un dispositif de mélange suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, pour mélanger un premier fluide constitué principale- ment par de l'eau supercritique utilisée pour le traitement d'effluents par oxydation en eau supercritique avec un second fluide constitué principalement par de l'eau de refroidissement à une température sensiblement inférieure à la température du second fluide. 6.- Utilisation suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que le premier fluide est à une température de l'ordre de 550°C et le second fluide à une température de l'ordre de 20°C.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102455137A (zh) * | 2010-10-30 | 2012-05-16 | 贾海平 | 混水换热器 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CO6150041A1 (es) * | 2008-12-19 | 2010-04-20 | Univ Del Valle | Proceso para la distribucion de residuos toxicos mediante oxidacion en presencia de agua y oxigeno y unidad continua para el tratamiento de compuestos peligrosos |
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| GB201320417D0 (en) * | 2013-11-19 | 2014-01-01 | Univ Nottingham | Mixing reactors |
| US9829214B2 (en) * | 2015-04-22 | 2017-11-28 | Ronald Paul Taylor | Cylindrical tubular heat exchanger type 1 |
| US9835357B2 (en) * | 2015-04-22 | 2017-12-05 | Ronald Paul Taylor | Cylindrical tubular heat exchanger type 2 |
| CN113624602B (zh) * | 2021-07-29 | 2022-07-15 | 中国科学院金属研究所 | 管材成形极限图右侧区域曲线的实验装置及构建方法 |
| CN113600045A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-05 | 赤峰云铜有色金属有限公司 | 一种混酸系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10229429A1 (de) * | 2001-07-03 | 2003-02-06 | Gen Motors Corp | Strömungsverlagerungsvorrichtung |
| DE10163724A1 (de) * | 2001-12-21 | 2003-07-03 | Stolco Stoltenberg Lerche Gmbh | Dampfinjektor |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1496345A (en) * | 1923-09-28 | 1924-06-03 | Frank E Lichtenthaeler | Apparatus for mixing liquids |
| US2094664A (en) * | 1934-08-31 | 1937-10-05 | Enumclaw Co Operative Creamery | Water heating system |
| US2747844A (en) * | 1954-12-22 | 1956-05-29 | Rudolf S Slayter | Device for mixing fluids |
| US2816518A (en) * | 1956-01-10 | 1957-12-17 | Daggett Chocolate Company | Ice cream blending apparatus |
| US3298669A (en) * | 1964-09-23 | 1967-01-17 | Dow Chemical Co | Eductor mixing apparatus |
| US3332442A (en) * | 1965-01-18 | 1967-07-25 | Zink Co John | Apparatus for mixing fluids |
| US3475508A (en) * | 1967-12-14 | 1969-10-28 | Badger Co | Dehydrogenation of alkyl aromatic compounds in the presence of nickelbearing alloy steels |
| US3542342A (en) * | 1968-09-06 | 1970-11-24 | Byron Jackson Inc | Apparatus for mixing pulverulent material with liquid |
| US3794299A (en) * | 1971-09-23 | 1974-02-26 | Chem Trol Pollution Services | Centrifugal reactor |
| US3741533A (en) * | 1971-10-14 | 1973-06-26 | Dow Chemical Co | Mixing apparatus |
| US3818938A (en) * | 1972-10-16 | 1974-06-25 | Universal Oil Prod Co | Fluid mixing apparatus |
| US3926787A (en) * | 1973-03-02 | 1975-12-16 | C G Process Coal Company | Method and apparatus for reducing sulphur and ash content of coal |
| DK135976B (da) * | 1975-01-20 | 1977-07-25 | Hotaco As | Blanderedskab til opbygning af fiberforstærkede konstruktionsmaterialer in situ. |
| US4390284A (en) * | 1980-01-25 | 1983-06-28 | Neptune Microfloc, Inc. | Method and apparatus for wetting powder |
| US4408890A (en) * | 1981-03-11 | 1983-10-11 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Pigment pre-blending mixhead attachment |
| US4474477A (en) * | 1983-06-24 | 1984-10-02 | Barrett, Haentjens & Co. | Mixing apparatus |
| US4538921A (en) * | 1983-11-25 | 1985-09-03 | Allied Corporation | Apparatus and method for slurrying soda ash |
| US5383725A (en) * | 1989-10-02 | 1995-01-24 | Cmi Corporation | Asphalt/dust/rubber processing equipment |
| US5492404A (en) * | 1991-08-01 | 1996-02-20 | Smith; William H. | Mixing apparatus |
| FI98892C (fi) * | 1994-11-15 | 1997-09-10 | Turun Asennusteam Oy | Polymeerien liuotusmenetelmä ja -laite |
| US5860451A (en) * | 1996-03-12 | 1999-01-19 | Teledyne Industries, Inc. | Fluid admixture systems |
| GB9917733D0 (en) * | 1999-07-28 | 1999-09-29 | Kvaerner Earl & Wright | Thermal insulated pipelines |
| US6796704B1 (en) * | 2000-06-06 | 2004-09-28 | W. Gerald Lott | Apparatus and method for mixing components with a venturi arrangement |
| US6749330B2 (en) * | 2001-11-01 | 2004-06-15 | Thomas E. Allen | Cement mixing system for oil well cementing |
| US6767007B2 (en) * | 2002-03-25 | 2004-07-27 | Homer C. Luman | Direct injection contact apparatus for severe services |
| US7380976B2 (en) * | 2005-07-18 | 2008-06-03 | Xerox Corporation | Device and method with cooling jackets |
-
2003
- 2003-07-29 FR FR0309341A patent/FR2858248B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-06-09 AT AT04767305T patent/ATE352368T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-06-09 DE DE602004004540T patent/DE602004004540D1/de not_active Expired - Lifetime
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10229429A1 (de) * | 2001-07-03 | 2003-02-06 | Gen Motors Corp | Strömungsverlagerungsvorrichtung |
| DE10163724A1 (de) * | 2001-12-21 | 2003-07-03 | Stolco Stoltenberg Lerche Gmbh | Dampfinjektor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102455137A (zh) * | 2010-10-30 | 2012-05-16 | 贾海平 | 混水换热器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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