Brevet FR2179903A1 — publié le 19731123

L'invention concerne un dispositif de contact pour colonnes à grande vitesse servant au contact gaz-liquide ou vapeurliquide qui est de forlle tubulaire ou sous forme de conduit rectabulaire ou polygonal d'écoulement et est muni dans le bas d'ouvertures permettant d'assener du liquide et du gaz ou de la vapeur et dans le haut, de dispositifs permettant d'évacuer du liquide et du gaz ou de la vapeur.Quand plusieurs dispositifs de contact sont reliés entre eux, on obtient une colonne à grande vitesse pour processus de contact gaz-liquide ou vapeur-liquide qui sert de préférence a des processus dans lesquels la perte de pression ne joue pas un ralle décisif, par exemple dans la rectification sous pression, pour les processus d'absorption et de désorption, pour lthum.idification ou le séchage de gaz et pour le transfert direct de chaleur. Par le brevet américain n0 2 808 897, on contact un dispositif dans lequel le gaz traverse une chambre tubulaire dans le m#me sens que le liquide. DU côté inférieur (entrée) du tube se trouve un organe directeur qui imprime au gaz un mouvement de rotation lors de son entrée dans le tube. A la hauteur des organes directeurs, à ltextrémité inférieure du tube, sont prévues une ou plusieurs ouvertures servant à amener du liquide, par exemple sous la forme de trous dans les organes directeurs ou d'une ouverture au centre de l'organe directeur. Selon le brevet cité, la séparation entre le gaz et les gouttelettes de liquide forées par le mouvement rotatif est assurée par ce même mouvement rotatif du gaz, au moyen duquel les gouttelettes ont été formées. Ainsi, c'est au sein du courant de gaz en rotation que se forent les gouttelettes de sorte que le transfert de matière peut co!tzmencer à ce moment Irais le mouvement tournant engendré exerce simultanément une force centrifuge sur les gouttelettes de liquide, ce Qui fait que simultanément le liQuide commence à se déposer sur la paroi du tube, ce qui limite le rendement au trangsrt de matière, En principe, le dispositif ne peut servir que pour des sections rondes. Dans un autre dispositif connu, différents aménagements structuraux sont prévus pour engendrer les gouttelettes et pour séparer les gouttelettes du gaz. Pour pulvériser le liquide, on dispose dans -la partie inférieure du dispositif tubulaire, sur la surface intérieure de la paroi, un réseau de bandes perpendi oculaires. Le liquide, qui est amenée de façon similaire a celle décrite dans le brevet américain cité plus haut, est entralné par le courant de gaz à une vitesse d'écoulement correspondante, le long de la paroi. Lorsqu'il existe sur la paroi un liquide en écoulement et que celui-ci atteint les bandes situées à la surface intérieure de la paroi tubulaire, il doit être emporté par le courant de gaz et simultanément pulvérisé. Bien que, selon le brevet décrit, plusieurs séries de bandes puissent être d posées sur une longueur déterminée du tube, des essais ont montré qutavec cette solution concrète, la division du liquide en un nombre aussi grand que possible de gouttelettes, et donc la formation d'une surface de contact aussi grande que possible, ne sont pas réalisées de façon otiale. Avec le réseau d'éléments structuraux en forme de bandes, il n'est pas possible de mettre intensément les deux phases en contact dans ltécoulenent de coeur à l'intérieur du dispositif tubulaire.La séparation des deux phases, ctest-à-dire la séparation du liquide, est assurée à nouveau par un organe directeur, à l'aide de la force centrifuge et on accepte une perte de pression élevée. Cette grande perte de pression est causée par le fait que lors du processus de séparation, il faut dévier très fortement le gaz. L'espace situé au-dessus de ltéléoent structural qui engendre le mouvement rotatif sert à la séparation des phases sans produire d'effet pour le contact gaz-liquide ou vapeur-liquide. L'invention a pour but de diminuer les dimensions des colonnes destinées au contact gaz-liquide ou vapeur-liquide en augmentation notablenent la vitesse d'écoulement de la phase gazeuse et en intensifiant le contact gaz-liquide ou vapeur-il #uide. l'invention vise à tirer parti effIcacement de toute la section d'écoulement et de toute la hauteur du dispositif de contact grâce ç des agencements a#propriés de contact dans les zones servant à effectuer le contact gaz-liouide ou vapeur-liquide et à séparer les phases. Cela est essentiellement réalisé par le fait que dans la zone inférieure du dispositif de contact, des agencements de tourbillonnement en forme de pattes distribués en plusieurs couches superposées sur toute la section dlécJule-lent sont disposés avec décalage entre eux de telle sorte qu'une part déterminante de la section d'écoulement reste libre, aussi bien dans la zone marginale qu' > l'intérieur au dispos tif de contact.Dans la zone supérieure du dispositif de contact sont prévus des agencements de séparation superposés de façon simple ou multiple et dont les différents éléments, espacés les uns au-dessus des autres, placés obliquement ou horizontalement ou s'élevant en hélice, sont disposés de telle sorte que leurs axes longitudinaux ou les centres de gravité reliés entre eux des axes transversaux de profil des éléments sont situés sur des lignes qui s'élèvent de l'intérieur des dispositif de contact jusqu'à la paroi latérale0 La limite intérieure du profil de chaque lément horizontal ou s'élevant en spIrale est prévue, exactement ou avec chevauchement, au-dessus de la limite extérieure du profil de l'élément situé en dessous sur la ligne ascendante.La lirdte jntérieure de ce profil est toujours située plus bas que la limite extérieure du méme profil. les agencements en forme de pattes de la zone inférieure du dispositif de contact font un angle aigu avec la paroi latérale du dispositif de contact. En outre, les agencements en forme de pattes sont déviés en direction de l'intérieur du dispositif de contact. On expliquera plus pécisément l'invent on ci-après a propos d'un exemple d'exécution eprésenté par les dessins annexés sur lesquels : La figure i est une coupe d'un dis-os~t f de contact circulaire couplet comportant différentes possibilités quant aux agenco enta de tourbillonnement et de séparatIon; La figure 2 montre une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 (plan de deux sortes d'agencements de tourbillonnement) et une couDe suivant la ligne B-B de la fIgure 1 (plan d'agencements de tourbillonnement déviés vers l'intérieur'0 La figure 1 est une coupe d'un dispositif de contact com plet 1 sous fore circulaire.Un peu au-dessus de la plaque-de fond 2 (servant à la protection contre les impuretés) se trouvent plusieurs ouvertures rectangulaires d'entrée de liquide 3 prévues dans la paroi latérale 4 du dispositif de contact i. Audessus des ouvertures d'etrée de liquide 3 se trouvent tout d'abord des agencements de tourbillonnement en forme de pattes 5 qui écartent seulement un peu de la paroi latérale 4, vers l'nn- térieur du dispositif de contact 1, le liquide entraîné vers le haut le long de la paroi latérale 4 par le courant de gaz ou de vapeur. Ces agencements 5 font un angle aigu avec la paroi laté rGle4vers le haut.Au-dessus des intervalles 6 entre ces agence ets de tourbillonnement 5 sont disposés des agencements de tourbillonnement plus longs 7 qui conduisent le liquide par des gout- tières 8 et l'éloignent davantage de la paroi 4 vers l'intérieur du dispositif de contact 1. Au-dessus-de ces agencements sont È nouveau disposés, sur la paroi latérale 4, des agencements de tourbillonnement 9 qui sont déviés vers l'intérieur de sorte que ils impriment en premier lieu a l'écoulement un tgurbillonnement vers l'intérieur.Au-dessus de ces agencements de teurbillonne- ment 5, 7, 9 viennent > nouveau les mêmes agencements 5, 7, 9 mais avec décalage relativement à ceux du dessous. Enfin, au-dessus de tous les agencements de tourbillonnement précédents 5, 7, 9 viennent encore des agencements appelés 5. Ensuite viennent, en deux couches, des agencements de sé paration différents 10 et 11. l'agencement inférieur de séparation 10 est formé de deux bandes 12 qui se dirigent, en forme d'hélice, de ltintérieur vers le haut et vers la paroi latérale 4. le profil 13 des bandes 12 est rectangulaire et incliné de telle sorte que le bord intérieur 14 d'un profil 13 se trouve exactement au-dessus du bord extérieur 15 d'un profil situé en de sous. A la hauteur du contact entre les bandes 12 et la paroi latérale 4 se trouvent plusieurs ouvertures de sortie de l liquide de 16, ici de forme rectangulaire, destinées au liquide searé. La deuxième couche des agencements de séparation 1 est formée de trois bannes 18 dIsposée e hélice, qui présentent un pro- fil sei-clrculaire 19 et réalisent, par ailleurs, les mêmes conditions que les deux premières couches. Vue d'en haut, toute la section d'écoulement du dispositif de contact 1 semble couverte par les agencements de séparation 10, 11. Pour éviter que le liquide séparé qui sort le long de la paroi latérale 4 ne soit entraîné à nouveau vers le haut hors du dispositif de contact 1, on a prévu des éléments de limitation circonférentiels en forme de toit 20. Le dispositif de contact selon l'invention fonctionne comme suit : Du côté inférieur du dispositif de contact 1, le liquide et le gaz ou la vapeur sont introduits séparément par des dispositifs d'amenée connus. le gaz qui stécoule de bas en haut à grande vitesse déplace également le liquide de bas en haut. les deux phases tourbillonnent intensément sous l'action des agencements de tourbillonnement en forme de pattes selon l'invention 5, 7, 9 qui sont différents par leur forme, leurs dimensions et leur disposition et le liquide est divisé en un grand nombre de gouttelettes à grande surface de contact. Cette division s'effectue au voisinage de la paroi latérale 4, en s'écartant de la paroi latérale 4, en se rapprochant de celle-ci et à l'intérieur du dispositif de contact 1. il est ainsi assuré que toute la section d'écoulement soit utilisée pour la mise en contact.Lorsque les phases passent dans la zone supérieure, le processus de sé séparation de phases commence. Le mélange gaz-liquide heurte les agencements de sépara ti-on 10, 11. le liquide reste collé à ceux-ci sous forme de films qui est entrarné paroles agencements de séparation 10, 11 situés chaque fois plus bas, sous la forme de grosses gouttes, et transporté vers le haut et vers la paroi latérale 4 le long de la partie située plus à l'extérieur et immédiatement au-dessus à l'intérieur des agencements de séparation 10, 11 le long de ces agencements eux-m#r'#es. le courant de gaz ou de vapeur ne subit chaque fois qu'une très petite déviation entre les agencements de séparation 10, 11. le liquide arrive a la paroi latérale 4 du dispositif de contact 1, quitte celui-ci par les ouvertures de sortie de liquide 16 de la paroi latérale 4, qui, lorsqu'il existe plusieurs couches d'agencements de séparation 10, 11, peuvent être isolées les unes des autres hors du dispositif de contact 1 par des éléments de limitation circonférentiels en forme de toit 20. Le gaz libéré du liquide entre dans le dispositif de contact similaire 1 situé immédiatement au-dessus0 Ce dispositif de contact constitue ltélément essentiel d'une colonne à courant direct à grande vitesse avec laquelle, en tirant un parti optimal des sections d'écoulement et espacements d'écoulement disponibles, on peut, grâce à une forme et à une disposition appropriées des agencements de tourbillonnement et de séparation, réaliser les plus grandes vitesses d'écoulement avec un excellent contact gaz-liquide ou vapeur-liquide et avec le plus petit diamètre de l'appareil, ainsi qu'avec une faible hauteur de construction et une faible perte de pression. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contact pour colonnes à grande vitesse servent au contact gaz-liquide ou vapeur-liquide, dont la fore extérieure et réùl:ère et ui est uni intérieure... ent de saillies dI##o'aees sur les parois latérales, des ouvertures étant prévues dans le bas pour amener du liquide et du gaz ou de la vapeur et des dispositifs étant prévus dans le haut pour évacuer les phases, dispositif caractérisé par le fat que dans la zone intérieure du dispositif de contact, des agencements de tourbillonnement en forme de pattes distribués en plusieurs couches superposées sur toute la section d'écoulement sont disposés avec décalage entre eux de telle sorte Zutune part déterminante de la section d'écoulement reste libre, aussi bien dans la zone marginale qu'à l'intérieur du dispositif de contact et que dans la zone supérieure du dispositif de contact sont prévus des agencements de séparation superposé de façon siple ou multiple et dont les différents éléments, espacés les uns au-dessus des autres, placés obliquement ou horizontaleent ou s'élevant en hélice, sont disposés de telle sorte que leurs axes longitudinaux ou les centres de gravité reliés entre eux des axes transversaux de profil des éléments sont situés sur & s lignes qui s'élèvent de l'intérieur des dispositifs de contact jusqu'à la paroi latérale, la limite inférieure de chaque élé: :ent horizontal ou ascendant en spirale étant prévue, exactement ou avec chevauchent, au-dessus de la limite extérieure du profil de l'élément situé en dessous sur la ligne ascendante et la licite intérieure de ce profil étant t ujours située plus bas que la limite extérieure du même profil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fa t que les agencements e tourbillonnement en fore de patte font un angle aigu avec la aroi latérale du dis oLitif de contact et sont déviés co direction de l'interieur du dispositif de contacte