Brevet FR2197623A1 — publié le 19740329

La présente invention concerne, en général, la séparation du liquide entraîné dans un flux gazeux, tel que de la vapeur ou un gaz, et en particulier vise à empêcher que le liquide séparé soit réentraîné par le courant de vapeur ou de gaz. Bien qu'on décrive et illustre ci-après l'invention en relation avec un séparateur par impact du type à plaques sinueuses, il est évident qu'elle ne se limite sas uniquement à l'application à de tels séparateurs. On a constaté que le détachement du liquide à partir de films liquides épais ou de filets de liquide se trouvant à la surface d'une paroi, puis l'entraînement du liquide ainsi enlevé, dans la vapeur ou le gaz qui s'écoule transversalement par rapport à l'écoulement dudit film ou filet, le long de ladite surface, se produisent à des vitesses d'écoulement de vapeur ou de gaz plus faibles que dans le cas où le liquide est maintenu sous la forme d'un mince film ininterrompu, ou continu, sur la surface de la paroi. La présente invention fournit un appareil amélioré pour la séparation du liquide entraîné d'un milieu gazeux et qui empêche le réentraînement du liquide séparé dans ledit milieu gazeux, ledit appareil comprenant une paroi dont au moins une face Présente plusieurs creux, ou rainures, et crêtes s'étendant parallèlement les uns aux autres d'un bord à l'autre de ladite surface dans la direction du liquide qui s'écoule, ces creux ou rainures, et ces crêtes étant disposés en alternance suivant la direction d'écoulement du milieu gazeux. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent figure 1, une vue de dessus partielle montrant quatre plaques sinueuses d'un séparateur par impact de l'art antérieur figure 2, une vue de face partielle prise selon la ligne 2-2 de la figure 1 figure 3, une vue de face partielle montrant quatre plaques sinueuses à parois ondulées selon l'invention d'un séparateur par impact figure 4, une coupe partielle, faite selon la ligne 4-4 de la figure 3 ; et figure 5, une vue de dessus partielle, et à plus grande échelle, d'une partie d'une plaque sinueuse représentée à la figure 3. Les quatre plaques sinueuses 10, 11, 12 et 13 représentées à la figure 1 reproduisent plus ou moins la forme et la disposition des plaques sinueuses des séparateurs par impact de l'art antérieur. De tels séparateurs comprennent habituellement plus de quatre de ces plaques sinueuses. Cependant, on n'en a montré que quatre à la figure 1 dans le but d'illustrer la discussion de l'art antérieur développée ci-après. Dans les séparateurs par impact de l'art antérieur, les plaques sinueuses sont disposées verticalement et espacées de manière à former entre elles un certain nombre de conduits ou passages en zig-zag par lesquels le milieu gazeux et le liquide entraîné peuvent passer. Le milieu gazeux peut être de la vapeur ou un gaz et le liquide entraîné peut être la phase liquide du même produit, par exemple de la vapeur accompagnée de gouttelettes d'eau entraînée (vapeur "humide"). Comme le montre la figure 1, il y a trois passages en zig-zag entre les quatre plaques 10, 11, 12 et 13. A l'entrée du séparateur, on introduit de la vapeur "humide" dans les passages formés entre les plaques. Après avoir suivi le parcours en zig-zag en traversant les passages et en suivant la surface des plaques, la vapeur débouche à la sortie du séparateur sous forme de vapeur "sèche". Le flux de vapeur humide change de direction d'écoulement plusieurs fois dans chaque passage d'écoulement, par exemple, sept fois (une fois à chacun des emplacements a, b, c, d, e, f et g) dans la structure représentée à la figure 1. A chaque emplacement, a-g, où la direction d'écoulement change, la vapeur et l'eau entraînée heurtent les faces des pans des plaques sinueuses. L'eau entraînée, ou un autre liquide, se dépose sur les faces des pans des plaques sinueuses lorsque se produisent les heurts précités. L'eau, ou le liquide, ainsi déposé "mouille" les surfaces et, éventuellement, y forme un film liquide. Le film liquide s'écoule vers le bas, comme indiqué à la figure 2 par les flèches verticales; on recueille le liquide qui s'écoule dans une chambre adéquate (non représentée) se trouvant sous les plaques sinueuses. Comme on le voit sur la figure 2, la direction du flux de vapeur est, généralement, transversale par rapport à la direction d'écoulement du liquide. Ainsi qu'il ressort des figures I et 2, chacune des plaques sinueuses 10, 11, 12 et 13 est pourvue d'éléments de retenue 10s, Ils, 12s et 13s fixés sur leurs surfaces. Ces éléments ont une section droite en forme de L. On peut les souder ou les fixer d'une autre manière aux plaques sinueuses de sorte que comme on le voit sur la figure 2, ils s'étendent sur toute la hauteur desdites plaques sinueuses auxquelles ils sont fixés. Comme on le voit, chaque élément de retenue est placé dans une zone ou la direction d'écoulement de la vapeur change, c'est-à-dire à proximité des emplacements a, b, c, d, e, f et g. Chaque élément de retenue forme, avec la partie adjacente de la face de la plaque sinueuse laquelle il est fixé, un canal vertical ouvert, tels que les canaux 10x, lix, 12x et 13x représentés à la figure 1.Les canaux lOx, llx, 12x et 13x recueillent le liquide déposé par la vapeur qui s'écoule le long des faces des plaques sinueuses 10, 11, 12 et 13. Par exemple, le liquide déposé sur la face de chaque plaque sinueuse est entraîné dans les canaux 10x, lix, 12x et 13x par la vapeur qui s'écoule. Le liquide ainsi recueilli s'écoule vers le bas dans ces canaux en direction de la zone de récupération au bas du séparateur. Cependant, des quantités substantielles de liquide déposé sur les faces des plaques sinueuses ne sont pas entraînées dans les canaux de récupération 10x, lix, 12x et 13x par la vapeur qui s'écoule. Une quantité relativement importante de liquide déposé sur les faces des pans des plaques sinueuses a tendance à former des films liquides sur ces faces et les films ainsi formés ont tendance à s'écouler vers le bas sur les faces en direction de la zone de récupération. Le cas échéant, les films deviennent très épais ou, dans les zones à faible teneur en humidité, très fins d'où il résulte la formation de filets de liquide. Dans le cas de vitesses d'écoulement de vapeur relativement basses, il n'y a que très peu de liquide qui soit détaché de ces films liquides épais ou de ces filets, et réentraîné dans la vapeur qui s'écoule. Par contre, dans le cas de vitesses d'écoulement de vapeur plus élevées, le liquide est facilement détaché des films liquides épais ou des filets en cours d'écoulement, et réentraîné dans la vapeur qui s'écoule. Il peut arriver que la vapeur débouchant à la sortie du séparateur renferme du liquide qui a été réentraîné. Sur la figure 1, la vapeur débouchant à la sortie du séparateur est désignée par "vapeur sèche". Cette désignation est pertinente pour autant que la vapeur débouchant à la sortie du séparateur soit plus sèche que la vapeur admise à l'entrée. A des vitesses d'écoulement de vapeur plus élevées, la vapeur dite "sèche", débouchant à la sortie du séparateur renferme du liquide entraîne. On a illustré le perfectionnement apporté par l'invention aux figures 3, 4 et 5 comme étant mis en application dans un séparateur par impact du type à plaques sinueuses. Comme on le voit, les plaques sinueuses, telles que 14, 15, 16 et 17 sont disposées verticalement et espacées les unes des autres de manière à former entre elles plusieurs conduits ou passages en zig-zag, au travers desquels s'écoulent le milieu gazeux (par exemple la vapeur) et le liquide entraîné. Comme le montre la figure 3, il existe trois passages en zig-zag entre les quatre plaques 14, 15, 16 et 17. A l'entrée du séparateur, de la vapeur "humide" pénètre dans les passages entre les plaques sinueuses. Après avoir subi le parcours en zig-zag en traversant les passages, et en suivant les faces des pans des plaques sinueuses, la vapeur débouche à la sortie du séparateur sous forme de vapeur "sèche".Chacune des plaques sinueuses 14, 15, 16 et 17 est une plaque à faces ondulées, comme on le voit sur les figures 3 et 4. En variante, on peut utiliser des plaques à faces plates pourvues de rainures. Ainsi qu'il ressort des figures 3 et 4, chaque plaque sinueuse à faces ondulées 14, 15, 16 et 17 présente plusieurs crêtes 18...18 et creux 19...19. Chaque creux 19 est disposé entre une paire de crêtes 18,18. Les crêtes 18...18 et les creux intermédiaires 19...19 situés entre elles sont formés sur les deux faces des pans des plaques sinueuses 14, 15, 16 et 17. La vue de dessus partielle, à plus grande échelle,de la figure 5, montre clairement les crêtes 18...18 et les creux 19...19 formés dans la plaque sinueuse 15. Les autres plaques sinueuses 14, 16 et 17 présentent des crêtes 18...18 et des creux 19...19 disposés de manière similaire le long des faces opposées desdites plaques.Comme il ressort de la figure 4, dans la plaque sinueuse 15, les creux 19... 19 et crêtes 18...18 s'étendent verticalement de haut en bas le long des faces opposées de ladite plaque et les crêtes 18...18 et creux 19...19 sont parallèles entre eux. Les crêtes 18...18 et creux 19...19 des plaques sinueuses 14, 16 et 17 sont disposés de manière similaire. Comme le montrent les figures 3 et 4, le milieu gazeux (par exemple la vapeur) s'écoule-dans les passages en zig-zag entre les plaques sinueuses 14, 15, 16 et 17, selon une direction plus au moins horizontale, et généralement transversale par rapport aux crêtes 18...18 et creux 19...19 verticaux. Le milieu qazeux (par exemple la vapeur) renfermant du liauide entraîné et s'écoulant dans les passages entre les plaques sinueuses change de direction d'écoulement aux emplacements h, i, LI k, 1, m et n, comme le montre la figure 3. R chacun de ces emplacements h-n, dane chaque passage où la direction d'écoulement change, la vapeur et l'eau entraînée-dans celle-ci heurtent les faces ondulées des plaques 14, 15, 16 et 17. Il en résulte que l'eau entraînée se dépose sur les faces ondulées.Bien que des quantités substantielles du liquide entraîné se déposent sur les faces ondulées des pans des plaques sinueuses, 14, 15, 16, 17, dans les zones des emplacements précités (h, i, i, k, 1, m et n), où la direction d'écoulement change, on doit cependant avoir à l'esprit que le dépôt du liquide entraîné s'opère également sur les faces ondulées des pans des plaques sinueuses 14, 15, 16 et 17 entre les emplacements précités. En général, le dépôt du liquide se fait partout où la vapeur qui s'écoule entre en contact avec les faces ondulées des plaques 14, 15, 16 et 17. Le liquide déposé sur les faces ondulées des pans des plaques sinueuses "mouille" ces faces et forme un film liquide. La figure 5 montre le film liquide adhérant aux faces ondulées opposées des pans de la plaque sinueuse 15. Au niveau de chaque crête 18, le film liquide est relativement fin.Dans chaque creux 19, le film liquide est relativement épais. Cependant, le film est ininterrompu, ou continu, c'est-à-dire que les parties les plus fines du film présent aux crêtes 18 sont réunies aux parties les plus épaisses du film présent dans les creux 19. La tension superficielle du film d'eau, qui est en contact avec la vapeur qui s'écoule et les faces ondu lées des pans des plaques (par exemple en acier) est suffisante pour maintenir le film intact ainsi que pour transporter le liquide de la crête de la rainure jusque dans le creux de la rainure à l'abri du contact direct avec la vapeur et donc de son action de cisaillement.Le film liquide représenté à la figure 5 demeure ininterrompu, ou continu, tandis qu'il coule verticalement vers le bas, nrincipalement dans les creux 19...19 le long des faces des pans des plaques sinueuses 14, 15, 16 et 17, vers la zone de récupération (non représentée) située sous les plaques dans le séparateur. Le liquide, sous forme d'un film relativement épais dans les creux 19, s'écoule vers le bas à une vitesse d'écoulement relativement plus grande que les parties plus fines du film présent au niveau des crêtes 18. A cours de son écoulement vers la zone de récupératIon, la direction d'écoulement du film liquide est, généralement, transversale par rapport à la direction d'écoulement de la vapeur. Le film représenté à la figure 5 reste ininterrompu ou continu pour une gamme relativement grande de vitesses d'écoulement de vapeur. Au-dessus d'une vitesse d'écoulement de vapeur relativement élevée, ou vitesse d'écoulement "critique", des parties du film liquide sont détachées par la vapeur qui s'écoule et réentraînées dans celle-ci. Cependant, la vitesse critique à laquelle le détachement du liquide et son réentraînement se produisent est nettement supérieure dans le cas des plaques sinueuses dont les pans ont des faces ondulées (figures 3 et 4) que dans le cas des plaques sinueuses à faces relativement lisses (figures 1 et 2). Dans la vue de dessus partielle, à plus grande échelle, de la figure 5, montrant la plaque sinueuse 15 à pans ondulés, les forces de cohésion et d'adhérence, ou les effets de la tension superficielle, sont clairement illustrés. Comme on le voit, les crêtes 18...18 sur l'une des faces ondulées d'un pan de la plaque sinueuse 15 sont disposées dos à dos avec les creux 19...19 de la face opposée. La tension superficielle réunit les films fins présents au niveau des crêtes 18...18 aux films plus épais se trouvant dans les creux 19...19. Comme on le voit sur la figure 5, les crêtes consécutives 18,18 du même côté de la plaque sinueuse 15 à pans ondulés sont espacées d'une distance p l'une de l'autre, p représente la dimension de l'espacement ou pas. De même, chaque creux 19 a une profondeur y, ou amplitude, comme on le montre figure 5. Bien que dans la figure 5 le pas p soit représenté comme équivalant à environ deux fois la profondeur y (c'est-à-dire p=2y) une telle relation doit être uniquement considérée comme donnée à titre d'exemple. La profondeur y de chaque creux 19 et le pas p entre des crêtes consécutives 18,18 du même côté de la plaque sinueuse sont choisis de manière qu'à la vitesse d'écoulement maximale du milieu gazeux (par exemple de vaDeur "humide"), la quantité de liquide, déposé sur les faces ondulées des pans des plaques sinueuses, ne déborde pas des creux 19...19; en d'autres termes, le film liquide plus épais (figure 5) se trouvant dans les creux 19...19 ne doit pas avoir une épaisseur supérieure à la profondeur y du creux 19.Autrement dit, le volume occupé par chaque creux 19 entre des crêtes consécutives 18,18 doit être suffisant pour permettre au liquide qui s'y trouve de couler vers la zone de récupération sans excéder ledit volume tandis que ledit liquide s lé- coule vers le bas. Les mêmes principes sont valables dans le cas d'une plaque plane dans laquelle on a ménagé des rainures et des crêtes. De plus, la courbure de chaque creux 19 entre deux crêtes consécutives 18 ne doit as être petite au point que le pas p soit réduit de telle manière que le liquide déposé puisse former un pont entre des crêtes consécutives 18,18 par suite des effets de la tension superficielle et empêcher que le creux 19 présent entre ces crêtes reçoive du liquide.En outre, la courbure ne doit pas être grande au point de rendre la profondeur y trop petite, auquel cas le film adhérant aux plaques dans les creux 19...19 pourrait être facilement "souffle" hors des creux par la vapeur qui s'écoule et réentrainé dans cette dernière. Sur la figure 5, la vapeur "humide" s'écoule selon une direction horizontale le long des deux faces ondulées opposées des pans de la plaque sinueuse 15. Lorsque la vapeur humide entre en contact avec les faces des pans de la plaque 15, le liquide entraîné dans ladite vapeur s'y dépose. Comme on le voit, le liquide déposé forme un mince film de liquide sur les crêtes 18...18 et un film plus épais dans la zone des creux 19...19. Le film ainsi formé est continu, ou ininterrompu. Les films plus fins au niveau des crêtes 18 sont reliés aux films plus épais des creux 19. Les films plus fins couvrant les crêtes 18 adhèrent à celles-ci et ces films fins demeurent en contact continu avec les films plus épais des creux 19, même à des vitesses d'écoulement de vapeur relativement élevées.Tandis que l' nsemble du film de liquide continu, ou ininterrompu, coule vers le bas de la plaque sinueuse vers la zone de récupération, le liquide se trouvant dans la zone du creux 19 s'écoule plus rapidement. Dans la mesure où les parties fines et épaisses du film demeurent intactes (c'est-à-dire continues ou ininterrompues), le liquide n'est pas détaché des faces ondulées des pans de la plaque et, par suite, réentraîné dans la vapeur en cours d'écoulement. Il en résulte que la vapeur qui débouche à la sortie du séparateur est de la vapeur "sèche". Le cas échéant, on peut utiliser des éléments de retenue 14s, 15s, 16s et 17s (en pointillés sur la figure 3). Chacun de ces éléments de retenue 14s-17s forme, ainsi qu'on le voit, un canal d'écoulement vertical 14x, 15x, 16x et 17x avec la plaque sinueuse à laquelle il est fixe. Il n'est pas nécessaire d'employer des éléments de retenue à tous les emplacements h-n, mais seulement là où le besoin s'en fait sentir Il est clair que le séparateur que l'on vient de décrire en référence aux dessins annexés doit être simplement considéré comme un exemple de mise en oeuvre de l'invention et que l'on peut y apporter différentes modifications quant à la forme, la taille et la disposition des éléments, tout en conservant l'esprit de l'invention. #EVE'#D IC #T IONS DEE~; T I ( S 1.- Dispositif pour la séparation de liquide entraîné dans un milieu gazeux, ou le liquide entraîné se dépose sur une face d'un pan d'une paroi lorsque ledit milieu et le liquide entraîné entrent en contact avec ladite face et s'écoulent sur celle-ci, dispositif caractérisé en ce que ladite face comporte Plusieurs creux s'étendant selon une direction transversale par rapport à la direction d'écoulement dudit milieu. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite face est ondulée et comprend plusieurs creux et crêtes s'étendant parallèlement les uns aux autres, selon une direction transversale par rapport à la direction d'écoulement dudit milieu, lesdits creux et lesdites crêtes étant disposés en alternance suivant la direction d'écoulement dudit milieu. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite face est pratiquement verticale et en ce que la direction d'écoulement dudit milieu se fait selon une direction pratiquement horizontale. 4.- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit liquide entraîné entre en contact avec ladite face ondulée et forme un film liquide adhérant à ladite face, caractérisé en ce que ledit film est relativement fin dans les zones ou il adhère auxdites crêtes et relativement olus épais dans les zones où il adhère auxdits creux. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de récupération disposés en-dessous de la paroi et en ce que ledit film adhérant à ladite surface s'écoule par gravité le long desdits creux et crêtes vers lesdits moyens de récupération. 6.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque creux a une profondeur y et est glacé entre deux crêtes espacées d'une largeur p, et en ce qu'à la vitesse d'écoulement maximale du milieu gazeux, l'épaisseur de la partie de film qui s'écoule dans ledit creux n'est pas supérieure à la profondeur y dudit creux.