Brevet FR2135196A1 — publié le 19721215

L'invention a pour objet un plateau destiné aux colonnes d'échange, en particulier aux colonnes d'échange d'ions, dans lesquelles line matière échangeuse en grains est dirigée en continu, à contre-courant par rapport à un milieu tel qu'un 5 liquide ou un gaz pour une réaction d'écliange au sein de couches en mouvement, en particulier de couches fluidisées, ce plateau limitant des compartiments de réaction superposés dans une colonne, ayant au moins deux compartiments de réaction reliés entre eux, deux à deux, par des moyens d'écoulement, le plateau 10 présentant d'une part des perforations étroites destinées au milieu qui tombe de "bas en haut, par exemple un liquide ou un gaz, et d'autre part me ouverture de passage plus grande destinée à la matière échangeuse qui s'écoule de haut en bas à travers les compartiments de réaction0 15 II est connu de pratiquer des réactions d'échange entre deux milieux dans des réacteurs dits d'échange, tels que des colonnes, ces réacteurs d'échange comprenant une ou plusieurs chambres de réaction., Quand on utilise des colonnes tubulaires pour constituer de tels réacteurs, il est connu de définir des 20 chambres de réaction en les limitant en haut et en bas par des plateaux intermédiaires. Pour permettre l'écoulement des milieux d'une chambre de réaction à l'autre, les plateaux intermédiaires, utilisés à cet effet, sont munis de perforations et d'ouvertures destinées au passage des milieux en circulation. 25 Dans une colonne d'échange connue de ce genre, où une matière échangeuse en grains se déplace à contre-courant d'un liquide à traiter, les chambres de réaction sont limitées par plusieurs plateaux intermédiaires„ Les plateaux intermédiaires comportent donc une perforation ainsi que des tubes de déborde-30 ment, ces derniers étant assez longs pour que leurs entrées arrivent jusqu'à la zone de tourbillonnement de la matière échangeuse d'ions maintenue en turbulence, leurs sorties arrivant juste au-dessus du plateau intermédiaire situé en-dessous. Grâce à cette structure des tubes de débordement, l'échangeur d'ions 35 encore actif est introduit dans la région inférieure de la chambre de réaction, d'où il monte de bas en haut en participant à la réaction, pour arriver ensuite à l'ouverture d'entrée du tube de débordement, par lequel il descend dans la chambre de réaction la plus voisine à proximité du plateau de celle-ci. Pour mainte-40 nir des couches fluidisées turbulentes dans les différentes 72 15277 z 2135196 chambres de réaction et permettre ainsi un "bon échange relativement rapide entre les milieux, on prévoit selon la grandeur de la colonne d'échange un plus ou moins grand nombre de tubes de débordement sur les plateaux intermédiaires. Des essais ont 5 conduit à ce que, pour un. diamètre de colonne d'environ 1,60 m, environ 24 tubes sont disposés sur chaque plateau intermédiaire„ Pour différentes réactions d'échange et, donc, différentes constructions de colonne, cela est considéré comme coûteux, à plus forte raison quand on doit augmenter le débit de la colonne 10 ou son diamètre (voir le brevet allemand n° 1 280 761). L'invention a pour but dé proposer un plateau, destiné à de telles colonnes d'échange, qui puisse non seulement être de construction simple, mais permettre aussi de grands débits, en particulier de matière échangeuse d'ions en grains. 15 Selon l'invention, ce but est atteint, avec un plateau du genre indiqué plus haut, grâce au fait que l'ouverture de passage destinée à la matière échangeuse en grains est pourvue d'un tube de chute raccordé au plateau et dirigé vers le bas et un godet, entourant l'extrémité libre de ce tube, et ayant une sortie 20 supérieure et une sortie inférieure„ Grâce à cette structure du plateau, et en particulier du tube de chute destiné à la matière échangeuse, on obtient un plateau qui est remarquable particulièrement par sa très faible hauteuro Grâce à cette faible hauteur du tube de chute et du 25 godet qui lui fait suite, il est possible de subdiviser très simplement une colonne en un grand nombre de compartiments de réaction, ce qui permet un brassage plus intense de la matière d'échange d'ions et du milieu à traiter tel qu'un liquide ou un gaz, avec par exemple maintien d'une couche fluidisée turbulente0 30 Un autre avantage du plateau selon l'invention consiste en ce que dans les différents compartiments de réaction, il ne reste pas de zones inutilisées de sorte qu'avec une colonne d'échange de même grandeur, comme celle déjà mentionnée, on peut obtenir un débit notablement plus grand. Il faut ajouter que, grâce à 35 l'utilisation de l'ouverture de passage selon l'invention, équipée d'un tube de chute et d'un godet et grâce audit godet d'écoulement et au plateau, on obtient un volume de réaction uniforme dans tous les compartiments de réaction, de sorte qu'il n'existe guère de parties de compartiment où il se produise une 40 réaction d'échange moins intensec Des essais effectués avec le 72 15277 ? 2135196 plateau selon l'invention ont montré, en outre, que du fait que la matière échangeuse est dirigée uniformément par le haut dans une chambre de réaction et qu'en même temps cette matière est retirée du compartiment par le bas, on obtient une densité 5 uniforme de la couche de réaction, par exemple de la couche fluidisée, ce qui se traduit encore par la circulation d'un produit de qualité uniforme et donc par un bon rendement,, Selon une variante avantageuse de l'invention, le tube de chute arrive à peu près jusqu'au fond du godet et il est relié 10 par des ailettes à des parties de la paroi de ce dernier. Grâce à cette structure du tube de chute et donc du godet d'écoulement dirigeant l'échangeur d'ions, on obtient un organe de modération qui laisse passer l'échangeur d'ions vers le bas avec un effet de freinage et empêche le liquide de monter à 15 travers le godet d'écoulement. En outre, selon une caractéristique avantageuse de l'invention, un espace de turbulence en association ayant des ouvertures supérieure et inférieure est prévu,entre le tube de chute et la paroi du godeto 20 Grâce à l'existence de cet espace de turbulence dans la région où la matière échangeuse sort du tube de chute, il s'établit un contre-courant par rapport à l'écoulement de sortie, ce qui fait que la matière d'échange, qui descend, sort de façon dosée sans moyens auxiliaires particuliers. Un autre avan-25 tage de cet espace de turbulence est que, selon le degré de turbulence, il est possible d'obtenir un écoulement descendant plus ou moins fort de matière échangeuse, de sorte que le passage de la matière échangeuse de l'un des compartiments de réaction à celui qui se trouve en-dessous est réglé automatiquement 30 par la turbulence propre des couches fluidisées et que cette masse de matière échangeuse est empêchée de se mélanger à nouveau avec celle qui se trouve dans le compartiment de réaction situé au dessuso Selon une autre caractéristique de l'invention, afin que 35 l'on puisse fabriquer de façon simple le godet d'écoulement, celui-ci est conçu pour être réalisé en matière synthétique moulée par injection, le tube de chute relié au godet par les ailettes présentant à son extrémité tournée vers le plateau une bride permettant de le fixer à ce plateau0 40 Suivant la structure de la colonne d'échange, et donc aussi 72 15277 4 2135196 de ses plateaux, les godets d'écoulement prévus avec les plateaux peuvent, selon des variantes de l'invention, avoir une section circulaire ou polygonale. Lorsque les godets d'écoulement sont circulaires, les tubes de chute sont cylindriques et 5 les godets qui leur font suite sont des godets annulaires. Lorsque les tubes de chute ont une section polygonale, ils sont de préférence à section carrée ou rectangulaire„ Deux exemples d'exécution relatifs à un plateau pour colonnes d'échange d'ions, conforme à l'invention, sont repré-10 sentés schématiquement sur le dessin annexé clans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe médiane longitudinale d'une colonne, d'échange dans laquelle sont prévus deux godets d'écoulement selon l'invention, - la figure 2 est une vue d'un godet d'écoulement circulé laire de l'invention, en coupe, suivant I-I de la figure 3> - la figure 3 est une vue en plan du godet d'écoulement de la figure 2, - la figure 4 est une vue en perspective d'un godet d'écoulement rectangulaire selon l'invention. 20 Dans une colonne 1 qui sert à traiter, par exemple, des liquides avec une matière échangeuse en grains 2, sont prévus plusieurs compartiments de réaction 3^5 qui sont séparés par des plateaux intermédiaires 6 subdivisant le volume de réaction proprement dit de la colonne. Les plateaux intermédiaires 25 6 ont des perforations 7 destinées au liquide qui monte, ainsi qu'au moins une ouverture 8 chacun, pour la matière échangeuse en grains qui s'écoule de haut en bas et qui est, par exemple un échangeur d'ions» Les ouvertures 8 prévues pour l'échangeur d'ions en grains 2 sont équipées d'un godet d'écoulement dont 30 chacun, partant d'un plateau 6,comprend un tube de chute 9 dirigé vers le bas et un godet proprement dit, par exemple annulaire 10, entourant le tube dans la région de son extrémité de sortie. Le godet annulaire 10, qui est de préférence relié au tube de chute 9 par des ailettes 11, comporte en son fond 12 35 des ouvertures de passage 13 destinées à l'échangeur d'ions 2; un espace libre est ménagé entre le fond 12 et le bord de l'ouverture de sortie du tube de chute 9- Pareillement, un autre espace est ménagé entre les parois dirigées vers le haut 14 du godet annulaire 10 et la paroi latérale du tube de chute 9; 40 cet espace constitue ce qu'on appelle une cavité de turbulence 15. 72 15277 5 2135196 Le tube de chute 9j relié au godet annulaire 10 qui est ici circulaire, présente de préférence à son extrémité du côté du plateau intermédiaire 6 une bride annulaire 16 par laquelle ce tube 9 et avec lui le godet sont fixés au plateau intermédiaire 60Les 5 ouvertures 13 prévues dans le fond 12 du godet annulaire 10 sont distribuées sur un cercle autour du centre du godet annulaire et sont disposées assez loin du bord de sortie du tube 9» au fond 12 du godet, pour que la matière échangeuse 2, qui s'écoule de haut en bas, ne puisse quitter le fond 12 du godet qu'après avoir 10 été déviée0 De cette manière, se crée un effet de freinage de la vitesse d'écoulement de la matière échangeuse 2 qui est plus ou moins influencé par le degré de turbulence qui règne dans l'espace de turbulence 15° La hauteur de la couche fluidisée de la matière échangeuse 2 mesurée depuis le fond 12 du godet annulaire 15 10 est fonction de la hauteur du tube de chute 9 et de celle du godet d'écoulement. Ce dernier,composé du tube de chute 9 et du godet annulaire *10 peut, par exemple Itre une pièce en matière synthétique moulée par injection qui s'appuie, par sa bride annulaire 16, directement contre un plateau intermédiaire 6o 20 Le fonctionnement du godet d'écoulement et, donc, de la colonne 1, est le suivant: par une entrée 17 située dans la région du fond 18 de la colonne 1, le fluide à traiter, par exemple un liquide, est introduit dans un compartiment distributeur *19 fermé en bas par une plaque de fond pleine et ouvert 25 en haut grâce à un plateau perforé 20. Le liquide qui monte du compartiment distributeur 19 dans le premier compartiment de réaction 5 de la colonne 1 est mis en contact dans ce compartiment de réaction avec un échangeur d'ions 2 qui s'écoule de haut en bas après avoir été conduit à la tête de la colonne 1 30 par un tuyau 210 Cet échangeur d'ions 2 parcourt les différentes zones de réaction 3 à 5 de haut en bas et, contrairement au liquide qui monte et qui entre par les perforations 7 des plateaux 6 dans le compartiment de réaction 4 ou 3 immédiatement supérieur, l'échangeur d'ions quitte les différents comparti-35 ments de réaction par le bas, par les ouvertures 8 des tubes de chute 9* L'échangeur d'ions 2 qui coule vers le bas.arrive, par l'ouverture du tube de chute correspondant 9 et les différentes ouvertures 13 du fond 12 du godet annulaire 10, dans le compartiment de réaction 4 ou 5 situé en dessous, où il est 40 soumis à un nouvel échange d'ions avec le liquide qui circule 72 15277 6 2135196 de "bas en haut. Oes réactions d'échange entre l'échangeur d'ions 2 et le liquide se répètent suivant leur nombre dans chacun des compartiments de réaction 3 à. 5? le liquide arrivant toujours par les perforations 7 dans le compartiment de réaction corres-5 pondant et l'échangeur 2 y arrivant par les godets d'écoulement. Selon la hauteur de la colonne 1, celle-ci peut être équipée de deux ou plusieurs plateaux intermédiaires 6 et en conséquence, de trois compartiments de réaction 3 à 5 ou davantage. Il n'est pas exclu non plus, si la colonne 1 a un diamètre approprié, de 10 prévoir deux ou plusieurs godets d'écoulement, au lieu d'un seul, à chaque plateau intermédiaire 6„ Des essais effectués avec le godet d'écoulement selon l'invention ont montré que, quand le diamètre de la colonne est d'environ 1,6 m un godet d'écoulement prévu dans chaque plateau 6 suffit à équiper la colonne 1 pour 15 un débit d'environ 600 1/h de matière échangeuse. Par suite de leur profil plat, les godets d'écoulement peuvent être disposés juste en dessous du plateau 6 correspondant, de sorte que l'on peut obtenir un compartiment de réaction 3) 4- ou 5 notablement plus grand et gagner ainsi de la hauteur de réaction,, 20 On comprend que le godet d'écoulement selon l'invention n'est pas limité aux colonnes d'échange d'ions dans lesquelles on utilise une matière échangeuse en grains, mais que, bien entendu, il peut servir aussi à d'autres réactions entre des liquides ou des gaz et d'autres matières en grains, telles que 25 des catalyseurs accélérant, par exemple, les réactions entre des gaz„ Si la construction de la colonne 1, et donc des plateaux 6 prévus dans celle-ci, ne s'y oppose pas, on peut utiliser, au lieu des godets d'écoulement circulaires, des godets de section 30 carrée, rectangulaire ou d'autres sections polygonales. Un godet d'écoulement rectangulaire de ce genre est représenté en perspective à la figure 4. Ce godet d'écoulement se distingue simplement de ceux qui sont représentés sur les figures 2 et 3 par le fait que l'on a choisi ici une section rectangulaire du tube 35 de chute 9 et du godet 100 Les ouvertures 13 du fond 12 ainsi que les parois 14 et les ailettes 11 sont analogues à celles du godet d'écoulement mentionné plus haute Ge mode d'exécution rectangulaire du godet d'écoulement convient particulièrement aux grands débits d'échangeur d'ions 2. 72 15277 7 2135196 REVENDICATIONS 1» Plateau destiné aux colonnes d'échange, en particulier aux colonnes d'échange d'ions, dans lesquelles une matière échangeuse en grains est dirigée en continu, à contre-courant 5 d'un milieu, tel qu'un fluide, pour une réaction d'échange au sein de couche en mouvement, plateau limitant des compartiments de réaction superposés dans une colonne ayant au moins deux compartiments de réaction reliés entre eux, deux à deux, par des moyens d'écoulement, ce plateau présentant d'une part des perfo-10 rations étroites destinées au milieu qui circule de "bas en haut et, d'autre part, au moins une ouverture de passage plus grande destinée à la matière échangeuse qui s'écoule de haut en "bas à travers les compartiments de réaction, caractérisé en ce que l'ouverture de passage est munie d'un tube de chute raccordé 15 au plateau et dirigé vers le "bas et un godet, entourant l'extrémité libre de ce tube et ayant une sortie supérieure et une sortie inférieure. 2„ Plateau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de chute arrive à peu près jusqu'au fond du godet 20 et est relié par des ailettes à la paroi de ce dernier0 3o Plateau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre le tube de chute et la paroi du godet est prévu un espace de turbulence avec des ouvertures supérieure et inférieure. 40 Plateau selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 les ouvertures du fond du godet sont situées au voisinage de la paroi dirigée vers le haut. 5o Plateau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de chute a, à son extrémité proche du plateau, une bride par laquelle il est fixé à ce plateau0 30 6o Plateau selon la revendication 1, caractérisé en ce que le godet d'écoulement, composé du tube de chute et du godet, est fabriqué en mie seule pièce en matière synthétique moulée par injection» 7o Plateau selon l'une quelconque des revendications 1 à 35 6, caractérisé en ce que le tube de chute et le godet sont cylindriques. 8o Plateau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le tube de chute et le godet sont de section polygonale. 40 9c Plateau selon la revendication 8, caractérisé en ce 72 15277 8 2135196 que le tube de chute et le godet sont de section rectangulaire. 10„ Colonne d'échange, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins un plateau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.