Brevet FR2267811A1 — publié le 19751114

La présente invention concerne un plateau pour colonne de rectification, de fractionnement, d'absorption ou de désorption. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement-à de tels plateaux. Le plateau suivant l'invention permet un contact plus prolongé entre la phase liquide et la phase vapeur (ou gaz). Cet avantage est spécialement intéressant pour les colonnes fonctionnant sous vide, dans lesquelles on doit toujours chercher un compromis entre la durée moyenne de contact et les pertes de charge. L'appareillage considéré jusqu'ici comme convenant-le mieux au fractionnement ou à la rectification de composants dont le point d'ébullition normal est supérieur à 3000 et la volatilité relative d'environ 1,3, sous une pression comprise entre 60 et 300 mm de mercure, comprend des plateaux formés d'éléments à disposition radiale telle qu'il y ait, d'un élément au suivant,alternance des entrées de vapeur et des sorties de liquide.L'organe de sortie du liquide, ou séparateur de liquide, peut être représenté en coupe par l'association d'un élément annulaire avec un secteur circulaire, dont la partie supérieure est surmontée d'un couvercle ou "calotte". La raison de cette disposition est que la sortie du liquide continuellement introduit dans la colonne est ainsi ralentie, et que la durée du contact entre les deux phases est par suite prolongée. Un inconvénient de cette disposition est une très faible efficacité (dite aussi facteur de Murphy) du plateau, dont la cause doit entre attribuée à : a) une gamme étendue des temps de séjour du liquide sur le plateau ; b) une différence relativement faible entre les pertes de charge totales du plateau "à sec", ou sans écoulement. te liquide est entraîné par l'énergie cinétique des vapeurs hors de espace compris entre les fentes d'arrivée de la vapeur et le bord de trop-plein sur la calotte du séparateur de liquide, et s'écoule sans obstacle vers la périphérie du séparateur de liquide avant de quitter le plateau te dispositif ainsi décrit absorbe une partie notable de 1' énergie des vapeurs ou des gaz, résultant de la perte de charge du plateau a sec Les défauts ci-dessus peuvent etre supprimés ou au moins notablement réduits, par l'emploi-d'éléments spéciaux disposés radialement dans une colonne de fractionnement,de rectification, d'absorption ou de désorption. Le dispositif suivant l'invefltion consiste essentiellement en une combinaison de barrages de construction simple, empêchant la phase liquide d'être évacuée prématurément du plateau. Suivant l'invention, le plateau de colonne de fractionnement, rectification, absorption ou désorption, est formé d'éléments disposés radialement en cercle,en alternance dans un plan horizontal intérieur à la colonne, chaque élément formant un secteur circulaire ou la combinaison d'un secteur circulaire avec un élément annulaire, avec alternance d'arrivées de vapeur et de séparateurs de liquide. Le séparateur de liquide est recouvert à sa partie supérieure par un couvercle ou calotte. Chaque calotte affectée à un tropplein est pourvue d'au moins un élément imperméable qui porte étroitement à joint étanche contre la surface supérieure de ladite calotte. Cet élément forme des intersections ou pénétrations avec des plans qui comportent en eux-memes des faces radiales des calottes, ou avec des surfaces parallèles à ces faces radialement orientées, à une distance maximale de 10 mm. Lesdits éléments peuvent avec avantage être constitués par des cloisons ou des barrières, liées à la face supérieure de la calotte du séparateur de liquide. L'un desdits éléments pleins ou imperméables peut être placé sur la calotte du séparateur le long du bord de celle-ci, ou à une distance de 1 à 20 mm. L'objet de la construction suivant l'invention est de faire s'écouler le liquide dans l'espace compris entre l'arrivée de la vapeur ou du gaz et le bord du trop-plein du séparateur de liquide, ce liquide étant rectifié dans ledit espace, le niveau du liquide étant ainsi relevé, ce qui augmente la durée du contact du gaz ou de la vapeur avec le liquide. Le parcours du liquide, qui antérieurement était essentiellement à direction radiale, devient ainsi une suite de trajets courts et répétés dirigés tangentiellement. Le liquide est ainsi mieux mélangé, et les différences de composition entre les différentes régions du plateau sont plus faibles. Le nombre des cloisons ou portes sur chaque calotte peut aller de 1 à 20, avec une hauteur de 1 à 100 mm. Ces cloisons peuvent avoir diverses formes, soit former un arc de cercle dont le centre est sur l'axe de la colonne, au point d'intersection de cet axe avec le plan passant par la face supérieure de la calotte, soit être situées dans des plans tangents à ces arcs de cercle. L'appareil suivant l'invention donne un acroissement de rendement du plateau effectif, ainsi qu'une perte de charge relativement faible We facteur de Murphy est de 0,5 et la perte de charge d'environ 30 em de colonne d'eau). On peut ainsi séparer par fractionnement deux substances à point d'ébullition normal supérieur à 3000C et de volatilité relativement faible (environ 1,3), avec un rendement supérieur à 90% pour les deux substances. L'appareil suivant l'invention va maintenant être décrit sur un exemple de réalisation, avec référence aux dessins annexés. Les figures l et 2 des dessins annexés représentent une mo dificatlon simple suivant l'invention, d'un plateau connu et utilisé jusqu'à présent. Le perfectionnement Suivant l'invention consiste en ce qu'un élément imperméable ou plein par exemple une cloison 2, est étroitement serré et fixé à la calotte 1 du séparateur de liquide 8. Sur les dessins la figure 1 est une vue en plan simplifiée d'une partie du plateau suivant l'invention, composée de plusieurs éléments la figure 2 est une coupe schématique de l'un desdits éléments, cette coupe étant perpendiculaire à un rayon du plateau. Suivant la figure 2, les vapeurs arrivent de bas en haut par un goulet d'alimentation 9, dont elles sortent par des sections de passage 10, puis pontent dans un intervalle 6 de barbotage entre les sections 10 de l'arrivée de vapeur ou de gaz 9 et une paroi à trop-plein 13 du séparateur de liquide 8. La vapeur ou gaz passe ensuite dans l'espace 15 surmontant la calotte du séparateur de liquide 8 et dans tout le volume libre-interne de la colonne allant jusqulau plateau immédiatement supérieur. Les références 1, 2, 3, 4, 5, 6, et 7 des figures 1 et 2 désignent les mimes éléments décrits à propos de la figure 2. La figure 1 esttne vue en plan, et la figure 2 une coupe verticale partielle, perpendiculaire à un rayon du plateau. Le liquide arrive au plateau par le tube-5, d'apport de liquide, en venant du plateau immédiatement supérieur. Il passe par dessus le bord 3 du distributeur 7 et entre dans ltespace de barbotage 6 où il est mis en contact avec la vapeur ascendante. De cet espace 6, une partie du liquide passe par dessus le bord de la paroi 13 du séparateur de liquide 8, #par le passage annulaire 14, et pénètre dans le séparateur 8. La majeure partie du liquide est entraînée par l'énergie cinétique de la vapeur, de l'espace 6 de barbotage ou de mise en contact vers l'espace 15 surmontant la calotte 1 du séparateur de liquide 8, en avant de la cloison 2 et retombe dans l'espace 6. En marche stable, presque tout le liquide passe par dessus le bord de la paroi 13 du séparateur de liquide 8. Le rejet de liquide, en particulier dans l'espace 6 de mise en contact avec la vapeur et dans l'espace 15 surmontant la calotte 1 du séparateur de liquide 8, est notablement plus grande que dans le cas où la calotte 1 du séparateur 8 ne porte pas les cloisons 2. Un exemple comparatif va être décrit pour illustrer l'inven- tion. Dans ce cas, la majeure partie du liquide s'écoule sur la surface de la calotte 1 du séparateur 8 en direction radiale, du centre vers la périphérie de la colonne, et de là, en raison de la non-étanchéité de la calotte 1, passe dans le séparateur 8. Il en résulte un court-circuitage indésirable du courant liquide, diminuant le temps de séjour moyen du liquide sur le plateau, et accroît la différence entre les concentrations locales du liquide. La conséquence en est une diminution de l'efficacité du plateau. Les surfaces verticales des deux faces radiales du séparateur 8 sont des parties composantes des plans qui peuvent avantageusement coopérer avec les cloisons 2 pour former des passages. La distance entre les bords des extrémités des cloisons 2 et le plan passant par les surfaces verticales formant les faces radiales de la calotte 1 du séparateur de liquide 8 ne doit pas dépasser 10 mm, condition nécessaire pour que les cloisons 2 remplissent leur rôle. Des éléments d'importance secondaire dans l'invention sont représentés par des trous 12 placés dans le distributeur 7, les sections de,9passage ll sur les surfaces verticales de la calotte 1 du séparateur de liquide 8, et le tube de sortie 4 du liquide vers le plateau inférieur. Ces éléments sont mentionnés pour compléter la descriptiondu fonctionnement du plateau. REVENDICAUIONS 1. Plateau pour colonne de rectification, de fractionnement, d'absorption ou de désorption, ce plateau étant formé d'éléments à disposition radiale telle que, dans une section transversale de la colonne, il y ait alternance des entrées de vapeur et des sorties de liquide, chaque élément étant formé d'un secteur circulaire ou par intersection ou pénétration d'un secteur circulaire avec une partie annulaire, et l'organe de sortie du liquide, ou séparateur de liquide, étant, dans sa partie supérieure, recouvert d'un couvercle ou calotte, ce plateau étant caractérisé en ce que chaque calotte du séparateur de liquide porte au moins un élément plein ou imperméable fixé de manière solide et étanche à la face supérieure de la calotte, cet élément formant des intersections ou pénétrations à surface horizontale avec des plans comprenant lessirfaces radiales de la calotte, ou des surfaces parallèles à ces surfaces radialement orientées à une distance maximale de 10 mm. 2. Plateau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément plein est une barrière ou une cloison. 3. Plateau suivant la revendication i ou 2, caractérisé en ce qu'un élément plein est placé sur la calotte duséparateur, sur le pourtour de la calotte ou à une distance de ce-lle-ci comprise entre 1 et 20 mm.