Brevet FR2086365A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne un remplissage d'échange de grande capacité pour colonnes dont les éléments con - tituants sont formés d'une matière de base perforée et servant en coopération à établir un contact intime entre un gaz et un liquide ou une vapeur0 L'utilisation dlun tel remplissage d'échange de grande capacité est principalement possible dans des colonnes dans lesquelles doivent passer de grands volumes de gaz ou de vapeur pour de très faibles pertes de pression, par exemple dans des colonnes de rectification opérant sous vide ou bien dans des colonnes traitant d'importantes quantités de liquide ou bien lors d'un échange de chaleur direct en cas d'humidification ou de séchage de gaz à des fins de séparation, etc... On contact un remplissage qui se compose d'un matériau perforé à couche unique qui est agencé de manière à obtenir une structure cellulaire0 Les cellules comportent des parois inclinées et des orifices qui peuvent astre obtiirés par les liquides sans entrer en contact avec le gaz0 On utilise avantageusement un métal déployé dont les branches sont orientées sensiblement horizontalement0 Les orifices sont agencés de manière que le gaz soit obligé de changer brutalement de direction0 Avec ce remplissage, on ne peut obtenir de gros débits du coté-vapeur quten choisissant une faible largeur de section de passage et une faible action de séparation du fait de la grosseur importante des cellules, Additionnellement, il se produit du fait de la grosseur des cellules un entraînement de liquide dans les cellules supérieures. Il en résulte un mélange en retour des substances et par conséquent une moindre action de séparation. Pour obtenir l'effet de séparation désiré, il est nécessaire de prévoir une grande hauteur de colonne lorsqu'on utilise ce remplissage0 En outre, on ne peut obtenir que de faibles débits de liquide car, dans le cas de grosses quantités de liquide, ce dernier ne peut être guidé sur les parois des cellules, dloù il résulte un ruissellement réduisant l'action de séparation en cas de répartition non-uniforme du gaz et de la vapeur ou du liquide0 Du fait de la grosseur des cellules, le remplissage est extremement instable.L'assemblage des différents éléments rend nécessaire l'adjonction de structures additionnelles de retenue, Un autre dispositif connu servant a' mettre en contact une vapeur et un liquide se compose de plusieurs éléments structuraux qui sont assemblés de façon à former une grille de dimensions données, ces éléments structuraux étant disposés principalement horizontalement0 Chaque élément est pourvu de sieurs nervures renforcées et séparées les unes des autres ainsi que d'orifices0 Les orifices s'étendentaussi bien dans la partie horizontale que dans la partie verticale de l'élé- ment et ils sont séparés les uns des autres par des voiles étroits, Ce dispositif de contact présente le même inconvénient que le remplissage décrit plus haut, clest-à-dire qu'il n'assure pas une action de séparation suffisante, Cela est imputable au fait que la phase gaz/vapeur entre en contact insuffisant avec la phase liquide du fait qu'il n'est prévu que de gros orifices0 Il ne se produit pas de mise en turbulence intense des phases gazeuses et liquides0 lie liquide ruisselle pratiquement sans obstacle même lorsqu'on décale les orifices sur d'assez grandes distances0 Du fait qu'on utilise des matières non mouillantes, la totalité de la section droite des voiles des éléments on forme de grilles ne peut être utilisée pour le processus d'échange et pour un renouvellement continu des surfaces de contact, Un inconvénient économique déterminant de ce dispositif de contact consiste dans le gaspillage de matière qui résulte des chutes importantes provoquées par les ouvertures0 L'invention a pour but de fournir un remplissage d'échange de grande capacité qui soit économique en ce qui concerne les dépenses de matière, de fabrication et de montage et qui assure, pour les charges les plus différentes, pour une grande section de passage et pour une faible perte de pression, une bonne action de séparation, -BJinvention a pour but d'établir un contact intime entre les phases fluides, un agencement et une forme appropriés des orifices de passage de gaz-vapeur et de liquide dans et entre les éléments de remplissage0 Ce problème est résolu essentiellement en ce que des parties de la matière de base perforée constituant les éléments de remplissage dépassent, sous forme de surfaces géométriques, en étant inclinées d1un angle aigu afin de créer des orifices de passage additionnels0 Les parties dépassantes de la matière de base sont inclinées suivant des orientations identiques ou opposée 50 Les différents éléments sont réunis de façon à former un remplissage de colonne de manière que la direction d'orientation des orifices de passage change d'un élément à un autre aussi bien dans un plan horizontal que dans un plan vertical. La surface des parties dépassantes de la matière de base est comprise entre 20 et 5~H0 de la surface totale de cette matière0 Les surfaces des parties dépassantes ont notamment la forme de rectangles et/ou de triangles et/ou de demi-cerclesO L'angle aigd formé par les parties dépassantes de la matière de base par rapport à ladite matière est compris entre 15 et 900o A partir de ces moyens de remplissage d'échange de grande capacité, on peut constituer une colonne auto-porteuse qui, en choisissant la matière ainsi que sa mise en oeuvre et sa disposition, peut être adaptée aux problèmes de séparation les plus divers tout en maintenant l'action séparatrice la plus efficace et une faible perte de pression.Cette grande capacité d'adaptation peut etre obtenue sans dépense additionnelle, sans chute de matière et sans outils supplémentaires0 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la aescrption, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures 1 à 5 représentent des exemples de formes de la matière de base pliée, en vue en perspective ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une partie d'un élément de construction on - la figure 7 représente le détail X de la figure 6 ;; - la figure 8 est une coupe faite suivant la ligne - & de la figure 7 - la figure 9 montre en vue en perspective une åux- taposition de plusieurs éléments de remplissage de la figure 6 - la figure 10 est une coupe faite suivant la ligne B-B de la figure 9 et montrant l'orientation des orifices de passage - la figure Il est une coupe fait suivant la ligne C-C de la figure 9 - la figure 12 est une vue en perspective d'une partie d'un remplissage se composant de plusieurs éléments åuxta- posé s et superposés en étant convenablement décalés entre eux - la figure 13 est une vue en perspective d'un autre remplissage montrant une autre forme d'éléments et d'orifices de passage additionnels - la figure 14 est une vue d'un remplissage comportant une autre disposition des orifices de remplissage additionnels et une autre disposition des éléments de remplissage. L'invention concerne un remplissage qui est formé d'un grand nombre d'éléments 10 Les éléments 1 se composent d'une matière de base 2 se présentant sous forme de plaques pliées et perforées, La matière de base 2 peut être pliée selon différents profils appropriés Les figures 1 à 5 montrent des possibilités de profilage de cette matière0 Les différents profils peuvent être assemblés à volonté à partir de la forme de base simple de la figure la La figure 6 met en évidence les parties dépassantes 3 de la matière de base. Les parties dépassantes de la figure 6 peuvent avoir les formes géométriques les plus variées0 Ainsi, chaque élément de remplissage 1 comporte, en plus des orifices de passage 6 formés par perforation, encore des orifices de passage additionnels 5. Les parties dépassantes 3 de la matière de base 2 font un angle aigü par rapport à cette matière de base de façon que, dans la projection sur l'élément de remplissage n orienté horizontalement, les orifices additionnels de passage 5 soient recouverus en majeure partiez La figure 6 montre une disposition des orifices addi tionnels de passage 5 et des parties dépassantes 3 dans le cas d'un élément de remplissage I à succession symétrique de ran géies, il est également possible de décaler ces orifices additionnels de passage 5 et/ou les parties dépassantes 3 les uns par rapport aux autres. En combinant un grand nombre d'éléments de remplissage 1 dans le sens horizontal et dans le sens vertical, on obtient un remplissage complet de colonne. La figure 9 montre la disposition de plusieurs éléments de remplissage I les uns à ceté des autres et correspondants à la figure 6, dont les parties dépassantes 3 de la matière de base appartenant à des éléments adjacents 1 ne sont pas en face les unes des autres0 il est particulièrement avantageux de choisir le décalage des éléments 1 et les formes et dimensions de leurs parties dépassantes 3 de manière que ces dernières se bloquent entre elles et empêchent ainsi un déplacement relatif des éléments I à l'intérieur de la couche considérée0 La direction d'orientation des orifices de passage 6 change dsun élément à un autre, et peut meme varier dans un meAme élément en fonction du profilage de la matière de base 20 Les éléments de remplissage 1 réunis sous forme d'une couche en étant alignés horizontalement et parallèlement sont assemblés de façon à former un remplissage de colonne en empilant un grand nombre de couches les unes sur les autres0 Les axes longitudinaux des éléments de remplissage 1 de couches adjacentes sont orientés entre eux d'angles compris entre O et 9ouzo Sur la figure 12, cet angle est égal à 9O0ô La figure 13 représente un mode de réalisation particulier. Du fait de la disposition lache des éléments adjacents 1, ce remplissage permet d'absorber des débits encore plus forts mais il empêche cependant une chute libre de gouttes0 En opposition aux éléments de remplissage 1 déjà décrits, les parties dépassantes 3 de la matière de base sont revoulés vers l'intérieur sur la figure 140 Les axes longitudinaux des éléments de remplissage CI de couches adjacentes sont orientés parallèlement entre eux et les profils de la figure 1 sont assemblés de façon à former des carrés0 Le mode de fonctionnement du remplissage d'échange de grande capacité suivant l'invention va etre décrit dans la suite t Lorsque la colonne est mise en service, l'ensemble du remplissage est mouillé par les vapeurs montantes qui se condensent et par le liquide de reflux déposé sur le remplissage par un dispositif particulier0 Le liquide est canalisé vers le bas, avec répartition uniforme, par des éléments de remplissage 1 agencés et disposés suivant l'invention sans qu'il se produise de zones non-mouillées ou fortement chargées de liquide0 On évite le ruissellement marginal se produisant dans des colonnes pourvues de remplissages de types connus0 Les parties dépassantes 3 de la matière de base empêchent la chute libre de gouttes de liquide0 Gaz ou vapeur s'écoulent de bas en haut au travers du remplissage et au travers des orifices de passage 6 ménagés dans la matière de base 2 ainsi qu'au travers des orifices ad- ditionnels 5. Les orifices additionnels 5 formés par les parties dépassantes 3 de la matière de base produisent une turbulence additionnelle des phases de sorte que le courant de vapeur ne peut s'écouler sans entrave vers le haut mais change en permanence de sens de déplacement de sorte qu'on évite au maximum une chute de concentration horizontale. g DICATIONS 1) Remplissage d'échange de grande capacité pour colonnes, dont les éléments horizontaux et parallèles, pliés longitudinalement et disposés en couches superposées sont formés d'une matière de base constituée par des plaques perforées, les orifices de passage ménagés dans la matière de base étant orientés, caractérisé en ce que des parties de la matière de base des éléments de remplissage font saillie sous forme de surfaces géométriques inclinées d'un angle aigü afin de former des orifices additionnels de passage, en ce que les parties dépassantes de la matière de base sont orientées selon des directions identiques et/ou opposées, et en ce que les différents éléments de remplissage sont combinés de façon à former un remplissage de colonne agencé de manière que l'orientation des orifices de passage formés par les perforations change atun élément à un autre aussi bien dans un plan vertical que dans un plan horizontal, 2) Remplissage d'échange de grande capacité pour colonnes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface des parties dépassantes de la matière de base est comprise entre 20 et 50% de la surface totale de ladite matière0 3) Remplissage d'échange de #rande capacité pour colonnes suivant l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que les surfaces des parties dépassantes de la matière de base ont des formes géométriques, notamment la forme de rectangles et/ou de triangles et/ou de demi-cerclesO 4) Remplissage d'échange de grande capacité pour colonnes suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle aigü formé par les parties dépassantes de la matière de base par rapport à ladite matière est compris entre 15 et 9000