Brevet FR2355538A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne un appareil de contact à grande vitesse à effet de transport pour mettre en contact des liquides, des gaz ou des vapeurs lors du processus d'échange de matière, comme par exemple une rectification, une absorption, une désorption et une sorption chimique, ainsi que lors d'une transmission directe de chaleur et une humidification et déshumi dification d'un gaz. Ce-disposltif permet d'obtenir des débits élevés, rapportés à l'unité de volume de l'appareil. Conformément au brevet allemand WP 116144, on connaît un dispositif de contact pour liquide et vapeur permettant d'atteindre des vitesses élevées et qui est caractérisé en ce que des dispositifs de dispersion et des paquets de treillis métal- ligues, placés les uns au-dessus des autres, sont reliés alter- nativement à des puits de décharge orientés dans la même direction et stétendant sur toute la section droite du dispositif et par le fait que, dans les entrées des puits de décharge, des paquets de treillis métalliques inclinés sont reliés de façon ouverte par leurs bords inférieurs , tandis que les puits de décharge traversent eux-memes le dispositif de dispersion associé par le bas aux différents paquets de treillis métalliques, y compris les paquets situés en dessous. Les sorties des puits de décharge débouchent dans un autre dispositif de dispersion aboutissant å un obturateur de liquide. Ce dispositif de contact présente l'inconvénient que la force de gravité constitue~le seul moyen auxiliaire assurant la décharge du liquide hors du paquet de treillis métallique incliné en direction des puits de décharge et servant de séparateur. Pour garantir la décharge du liquide, il est nécessaire de prévoir une inclinaison relativement forte des paquets de treillis métalliquEs en direction des puits de décharge, et par conséquent de donner une hauteur de construcion assez grande à ce dispositif de contact.Pour des débits~de liquide assez grands, on ne peut également pas obtenir une décharge suffisante car il ntest pas possible de réaliser un transfert suffisamment rapide du liquide sur une grande distance de fond iusquau puits de décharge associée, Il en résul-te que cette solution ne convient que pour de faibles débits de liquide- et outil est nécessaire de prévoir un grand nombre de-puits de décharge. Du fait de ce grand nombre de puits de décharge, l'installation est compli quée et coûteuse. L'invention a pour but de fournir un dispositif de contact å grande vitesse pour mettre en contact un liquide et un gaz ou de la vapeur avec de grandes vitesses d'écoulement de la phase gazeuse, le dispositif convenant pour de grands * débits de liquide et pour une bonne capacité d'échange de ma tière, tout en étant d'une construction simple, d'une hauteur réduite et but en comportant un nombre minimal de puits de décharge. L'invention a pour but, par combinaison dtun dispositif de dispersion à effet de transport avec un dispositif de dé charge de liquide également à effet de transport, d'augmenter la retenue du liquide par recirculation interne et par consé quent de décharger une partie de la quantité de liquide re cyclée intérieurement dans le dispositif de dispersion et de séparer le liquide dispersé résiduel par déviation vers le dis positif de décharge de liquide en vue d'augmenter sa densité et de l'acheminer par effet de transport, en coopération avec la force de gravité, vers le puits de décharge Ce problème est résolu essentiellement en ce que le dispositif de dispersion de l'appareil de contact à grande vitesse est pourvu deune entrée et d'un puits de décharge et comporte des ouvertures de passages produisant un effet de transport dans la direction du puits de décharge. Au-dessus de ce dispositif de dispersion, il est prévu à une distance comprise entre lO0 et 600 mm un dispositif de décharge de liquide qui est plan ou incliné et qui comporte une ou plusieurs couches. Ce dispositif est également pourvu d'ou vertures de passage produisant un effet de transport dans la direction du puits de décharge ainsi que d'une paroi de canali sation de liquide. Il est également possible d'incliner le dis positif de dispersion. Suivant un mode particulier de réalisation de l'inven- tion, le dispositif de dispersion est agencé en forme de seg ments orientés perpendiculairement à la direction d'écoulement, la section libre de passage par unité de surface variant entre l'entrée et le puits de décharge. Le dispositif de dispersion peut également être agencé sous la forme d'une tMe oidE4e oinife perpendiculairement à la direction d'écoulement. Dans le cas où le dispositif de décharge de liquide comporte plusieurs couches, les différents séparateurs sont placés à une certaine distance les uns des autres, la section libre de passage par unité de surface varie drun séparateur à l'autre et au moins un séparateur s'étend sur toute la section droite du dispositif de dispersion. La direction des ouvertures de passage prévues dans la matière de base du séparateur est inclinée, à partir du milieu de la colonne, d'un angle aigu de 5 à 45 par rapport à l'axe en direction de la paroi de canalisation de liquide. Les parois de canalisation de liquide sont perforées, les ouvertures de passage étant orientées dans la direction du puits de décharge, Les ouvertures de passage du dispositif de décharge de liquide et la paroi de canalisation de liquide associée ont des formes différentes. La paroi perforée de canalisation de liquide et le puits de décharge du dispositif de dispersion sont disposes de manière qu'il subsiste une livre section de passage permettant la décharge du liquide à partir du dispositif de dispersion. Ainsi, la paroi de canalisation de liquide est orientée en oblique ou verticalement, elle pénètre dans le puits de décharge ou bien se termine au-dessus du plan du dispositif de dispersion. D'autres avantages et caractéristiques de itinvention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non l-imitatif, en-référence aux dessins annexes dans lesquels : - la Fig. 1 est une coupe verticale de l'appareil de contact selon l'invention, - la Fig. 2 est une coupe faite sur la ligne II-II de la Fig. 1, - la Fig. 3 est une coupe faite sur la ligne III-III de la Fig. 1. L'appareil selon l'invention se compose essentielle- ment de dispositifs de dispersion 2 placés à l'intérieur d'une virole de colonne l et de dispositifs de décharge de liquide 3 placés sa une certaine distance au-dessus des dispositifs de dispersion correspondanis et ayant une orientation horizontale ou inclinée. Les dispositifs de décharge de liquide 3 se composent essentiellement de séparateurs 8 et de parois de canalisa tion de liquide 9. Les dispositifs de dispersiont2 sont pourvus d'une entrée 4 et respectivement d'un puits de décharge 5 et ils stétendent sur toute la section libre de la colonne. La surface active de fond 6 du dispositif de dispersion 2 est agence de manière que, du fait de la disposition des ouvertures de passage 7, le liquide soit transféré de ltentrée 4 jusqu'au puits de décharge 5. Comme le montre la Fig. 5, la surface active de fond 6 est divisée en segments et elle a une forme de tle ondulée. La distance séparant le dispositif de dispersion 2 du dispositif de décharge de liquide 3 est comprise entre 100 èt 600 mm. La matière de base du dispositif de décharge de liquide 3 se diffe- rencie de la matière de base du dispositif de dispersion 2 seulement par une valeur différente de la section de passage par unité de surface. Pour améliorer l'effet de transport, le dispositif de décharge de liquide 3 est incliné en direction du puits de décharge 5 du dispositif de dispersion 2. Cette inclinaison est avantageusement comprise entre 10 et 35 . Le dispositif de décharge de liquide 3 est réalisé en deux couches, comme indiqué sur la Fig. 1. Dans ce cas, le premier séparateur 8, placé après le dispositif de dispersion 2, s'étend du puits de décharge 5 juscutà la paroi de canalisation de liquide 9. Le séparateur 8 placé au-dessus s'étend seulement de la paroi 9 jusqu'à peu près au milieu de la colonne, Il est possible de disposer entre le premier séparateur 8 et le dispositif de dispersion 2 plusieurs pré-sépara tueurs qui sont orientés à peu près parallèlement à la paroi 9. Ce mode de réalisation particulier nta cependant pas été représenté sur les dessins. On doit choisir la distance d'espacement des séparateurs 8 de manière à permettre une décharge non-entravée du liquide. Pour mieux adapter les séparateurs 8 à ltentrainement du liquide, on fait varier la section libre de passage entre le séparateur 8 et le suivant, également à l'intérieur des séparateurs 8. La direction des ouvertures de sortie 7 prévues dans la matière de base des séparateurs 8 fait un angle aigu d t environ 5 à 45 par rapport à l'axe de la colonne sur les parois de canalisation de liquide 9. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement de l'appareil selon l'invention : Le liquide parvient par l'intermédiaire du puits de décharge et de déversoir d'entrée sur la surface active de fond du dispositif de dispersion. Le gaz pénétrant par le bas est dévié par les ouvertures de sortie ménagées dans le dispositif de dispersion en direction du puits de décharge. Le liquide est alors divisé et il est transporté sous la forme de gouttes åus- qu'au puits de décharge. Dans cette phase de ltopération de contact, on réalise la fraction la plus importante de ltopéra- tion globale d'échange de matière. Une partie du liquide est entratnée vers le haut par le courant gazeux ascensionnel.-Les séparateurs placés au-dessus du dispositif de dispersion produisent une séparation du liquide entraRné et du courant gazeux. Lors du passage des deux phases dans les séparateurs inclinés, il se produit également une déviation corme dans le dispositif de dispersion. Par l'ef- fet de transport provoqué par la déviation, le liquide est propulsé en direction des parois de canalisation. Du fait de l'inclinaison des séparateurs, la décharge du liquide est ac célérée par la force de gravité. Le liquide déchargé s'écoule sur les parois de canalisation et il parvient avec le liquide sortant du dispositif de dispersion dans le puits de décharge, puis dans le dispositif de dispersion de ltétage situé immédiatement en dessous, tandis que le gaz chargé encore partiellement en liquide traverse les autres séparateurs pour parvenir dans le dispositif de dispersion situé au-dessus. Lors du passage du gaz dans les autres séparateurs, le liquide résiduel est séparé du courant gazeux, il est déchargé et il est évacué sur les parois de canalisation. Un avantage particulier de l'appareil selon l'invention consiste en ce que, pendant la séparation en plusieurs étages les séparateurs sont humidifiés de liquide, et par conséquent agissent comme des surfaces d'échange de matière, ce qui produit, lors du rebondissement des gouttelettes de liquide sur la ma- tière de base du séparateur, un renouvellement de la surface de délimitation entre phase;; Grâce à l'utilisation d'une ratière de base présen- tant des sections de passage différentes par unité de surface dans les divers séparatqurs, il est possible d'adapter de fa çon simple et avantageuse la construction des séparateurs à la quantité de liquide entraRné par le courant gazeux et au spectre de gouttelettes. Il est ainsi possible d'obtenir de hauts rendements de séparation. Par action de la force de gravité et par rebondissement du liquide sur la matière de base du séparateur placé immédia tement au-dessus du dispositif de dispersion ainsi que par répétition de la décomposition du liquide dans le dispositif de dispersion, une partie du liquide est recyclée dans ce volume. Cela permet d'améliorer lteffet de retenue du liquide et d'al- longer la période de contact, de sorte qu'on augmente ltéchange de matière. Les parois de canalisation de liquide assurent le guidage du liquide qui est déchargé des séparateurs, elles em perchent sa désagrégation ultérieure et son entraînement par le courant gazeux jusque dans le puits de décharge. L'avantage des perforations consiste en ce que, lors d'un rebondissement du liquide désagrégé par le dispositif de dispersion, il est possible de décharger le liquide par lesdites perforations, REVENDICATIONS l - Appareil de contact à grande vitesse et à effet de transport pour échange de matière et de chaleur dans des colonnes, se composant d'un dispositif de dispersion s'étendant sur toute la section droite de l'appareil de contact et d'un dispositif de décharge de liquide placé au-dessus, caractérisé en ce que le dispositif de dispersion est pourvu d'une entrée et d'un puits de décharge, ainsi que d'ouvertures de passage produisant un effet de transport en direction du puits de décharge, et en ce qu'il est prévu au-dessus du dispositif de dis- persion un dispositif de décharge de liquide placé dans une position horizontale ou inclinée et qui est également pourvu d'ouvertures de passage produisant un effet de transport dans la direction du puits de décharge, ainsi que d'une ou plusieurs parois de canalisation de liquide. 2 - Appareil de contact selon la revendication l, caractérisé en ce que le dispositif de décharge de liquide comporte plusieurs couches. 3 - Appareil de contact selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que le dispositif de dispersion est placé dans une position inclinée. 4 - Appareil de contact selon l'une des revendications l à 5, caractérisé en ce que le dispositif de dispersion est agencé SOU5 forme de segment orienté perpendiculairement à la direction d'écoulement, la section libre de passage par unité de surface variant entre ltentrée et le puits de décharge. 5 - Appareil de contact selon l'une des revendications l à 4, caractérisé en ce que le dispositif de dispersion est agencé sous la forme d'une tole ondulée orientée perpendiculairement à la direction d'ecoulement. 6 - Appareil de contact selon l'une des revendications l à 5, caractérisé en ce que, dans le cas deun agencement en plusieurs couches du dispositif de décharge de liquide, les différents séparateurs sont placés à une certaine distance les uns des autres, en ce que la section libre de passage par unité de surface varie entre un séparateur et un autre et à l'intérieur des séparateurs, et en ce qu'au moins un séparateur ssétend sur toute la section droite du dispositif de dispersion. 7 - Appareil de contact selon ltune des revendications l à 6, caractérisé en ce que la direction des ouvertures de passage prévues dans la matière de base du séparateur est orientée, à partir du milieu de la colonne, sse façon à faire un angle aigu de 5 à 450 par rapport à l'axe sur les parois de canalisation de liquide. 8 - Appareil de contact selon l'une des revendications l à 7, caractérisé en ce que la paroi de canalisation de liquide du dispositif de décharge de liquide est perforée, les ouvertures de passage étant orientées dans la direction du puits de décharge et en ce que lesdites ouvertures de passage du dispositif de décharge de liquide et de la paroi correspondante de canalisation de liquide ont des formes différentes. 9 - Appareil de contact selon ltune des revendications l à 8, caractérisé en ce que la paroi perforée de canalisation de liquide et le puits de décharge du dispositif de dispersion sont disposées de manière qu'il subsiste une section libre de passage permettant la décharge du liquide hors du dispositif de dispersion, la paroi de canalisation de liquide étant placée dans une position verticale ou inclinée, pénétrant dans le puits de décharge ou bien se terminant au-dessus du plan du dispositif de dispersion