Brevet FR2414349A1 — publié le 19790810

La présente invention concerne des appareils d'échange de masse et de chaleur, et plus particulièrement des plateaux de contact à section libre autoréglable pour des colonnes à plateaux d'absorption et de rectification qui fonctionnent dans les très larges limites de ration des charges en gaz (vapeur) avec une efficacité élevée de séparation. Actuellement, le problème de fabrication des kispositifs à plateaux d'échange de masse susceptibles de fonctionner avec un grand rendement dans les très larges limites de variation des charges en gaz (vapeur) est étroitement lié à la création des moyens de contact a clapet susceptibles d'assurer l'autoréglage de l'aire de la section de passage; en fonction de la charge en gaz et, de ce fait, de maintenir la .résistance hydraulique de l'étage de contact et son efficacité pratiquement tri variables Cependant, pour la plupart des dispositifs à clapet on n'obtient essentiellement.cet effet qu'à leur fonctionnement sous une charge liquide 'fixée.Etant donné que, lorsde la réalisation des procédés d'échange de niasse et de chaleur dans les systèmes gaz (vapeur) - liquide, aux variations de la charge en gaz, en général, la charge en liquide varie aussi, les plateaux wde contact, utilisant des clapets à sortie unilatérale des gaz, auront les possibilités beaucoup plus larges.En effet, à la disposition avantageuse de tels clapets sur le plateau, grâce à l'utilisation d'une partie de l'énergie cinétique des jets de gaz pour le transport du liquide, il devient possible primo, t'assurer son écoulement sur la base du plateau pratiquement sans gradient et de ce fait d'élever la régularité, donc en même temps l'efficacité de fonctionnement de l'étage de contact, secundo, d'obtenir la résistance hydraulique constante du plateau de contact aux variations des charges tant de gaz que de liquide. Pour les plateaux pareils le débit unitaire pour le liquide est essentiellement déterminé par la charge de gaz, tandis que les autres plateaux, qui n'utilisent pas de principe d'admission orientée du gaz dans le liquide, ne sont pas caractérisés par cet effet positif. Sont déjà connus des plateaux de contact pour les appareils d'échange de masse comportant des clapets a sortie unilatérale de gaz (voir, par exemple, le certificat d'auteur d'invention de l'Union des républiques socialistes soviétiques n0 181037 ou bien le brevet des Etats Unis d'Amérique n0 3 146 280) dans lesquels les clapets présentent des constructions diverses. Tout plateau connu comporte une base percée d'orifices dans lesquels sont montés les clapets à sortie unilatérale de gaz comprenant des parois supérieure et latérales et des limiteurs des positions supérieure et inférieure du clapet. En général, les clapets sont fabriqués à partir des ébauches tétragones et les parois supérieure et latérales sont formées par leur pliage. Des pieds, qui sont d'une seule pièce avec l'ébauche et qui sont des prolongements de la paroi supérieure du clapet (ou bien des deux parois latérales) > servent de limiteurs, des positions supérieure et inférieure du clapet. Au montage du clapet sur le plateau ces pieds sont pliés au-dessous de sa base. Il en résulte que l'ébauche du clapet présente une forme compliquée cequi conduit à une consommation du métal considérable du fait des déchets résultant du découpage de telles ébauches. En outre, lors du fonctionnement de ces clapets, le flux de gaz et de liquide soumet les parois supérieures des clapets à un effet dynamique qui apparait#à la suite de la circulation du liquide à la hauteur de la couche de barbotage et qui provoque la descente des clapets et la fermeture des orifices des plateaux. Il en résulte une irrégularité accrue de fonctionnement des clapets et du plateau en général, ce qui conduit au dérangement du processus technologique. Afin d'éviter la descente éventuelle du clapet pendant son fonctionnement il est muni de dispositifs supplémentaires. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients susmentionnés. L'invention est basée sur le problème de créer un plateau de contact pour des appareils d'échange de masse et de chaleur dont les clapets seraient fabriqués à partir des ébauches dont la forme pourrait simplifier la fabrication et le montage des clapets et contribuerait aussi à l'augmentation de l'efficacité de fonctionnement du plateau. Le but visé est atteint du fait que, dans le plateau de contact pour les appareils d'échange de masse et de chaleur comportant une base percée d'orifices où sont montés des clapets à sortie unilatérale de gaz qui comportent des parois supérieure et latérales et des limiteurs des positions supérieure et inférieure du clapet, selon l'invention chaque clapet est fabriqué à partir dune ébauche présentant une forme de secteur circulaire à sommet tronqué dont les parties périphériques latérales et de segment sont pliées du côté de la base pour former respectivement les parois latérales du clapet, l'un des limiteurs de la position inférieure du clapet et la paroi supérieure du clapet. Ainsi, l'ébauche de clapet, sous forme de secteur à à snmzet tronqué, permet de simplifier la technologie et l'appareillage de fabrication des clapets à sortie unilatérale de gaz (vapeur). La réalisation d'un des limiteurs de la position inférieure, à partir de la portion de segment de l'ébauche, permet d'éviter son adhésion à la base du plateau puisqu'ils se touchent en un point, ce qui a pour effet d'accroitre la régularité de fonctionnement du plateau à faible charge de gaz (vapeur), ceci aurtour en présence de liquides visqueux ou contenant des impuretés, et d'accrottre l'efficacité de son fonctionnement.La forme des parois latérales du clapet, qui sont les parties périphériques latérales de l'ébauche en forme de secteur, permet d'assurer une course régulière du clapet dans l'orifice et d'éviter son coincement. Selon l'invention, les parties périphériques latérales du secteur circulaire sont pliées selon son rayon et de ce fait la paroi supérieure du clapet, sans limiteurs de la position inférieure, a la forme d'un trapèze isocèle dont la base supérieure est orientée du côté de la sortie de gaz du clapet. Le pliage des parois latérales suivant le rayon permet d'assurer la forme particulière de la paroi supérieure du clapet, qui permet, à son tour, d'augmenter considérablement la densité de disposition des clapets sur le plateau, ce qui a pour effet d'abaisser de plusieurs fois la résistance hydraulique du plateau sans augmenter en même temps la hauteur de montée du clapet, ni réduire le rendement du plateau et non plus l'efficacité d'échange de masse sur ledit plateau. S'il n'est pas nécessaire d'abaisser la résistance hydraulique du plateau, il est alors possible sans faire varier ladite résistance, de réduire la hauteur de montée du clapet et, grace à l'ausmentation de la profondeur de barbotage, d'élever l'intensité d'échange de masse. L'invention est caractérisée, en outre, par le fait-qu'au-dessus de la paroi supérieure du clapet on a prévu un limiteur de sa position supérieure, disposé sous un angle aigu par rapport à la base, ce qui permet d'imposer simultanément l'angle d'inclinaison du clapet et la hauteur de se montée. Si les plateaux comportent les clapets disposés en parallèle il est possible d'utiliser un seul limiteur pour un groupe de clapets, ce qui simplifie la construction et le montage. Il est avantageux de former le limiteur de la position supérieure du clapet par une plaque dont l'une des extrémités est fixée au bord de l'orifice de la base du caté de disposition du clapet, ce qui permet de réaliser l'unification de cette construction du plateau et d'utiliser tous ses éléments pour créer des plateaux divers à orientation différente des clapets, ainsi que des plateaux de diverses dimensions linéaires. Lors du montage des limiteurs de la position supérieure sur le disque unifié ayant les orifices pour clapets, on détermine la construction du plateau. La plaque du limiteur de la position supérieure peut être constituée d'une portion de la base qui se forme au découpage incomplet de l'orifice, ce qui diminue la quantité des déchets et la consommation du métal pour la fabrication du plateau de dimensions et construction déterminées. Ceci permet également de diminuer l'effet dynamique des courants de circulation sur le clapet qui existent dans la couche de barbotage sur le plateau, et de rendre son fonctionnement plus régulier surtout aux charges considérables de gaz (vapeur). Il est également avantageux de plier la portion de segment du secteur circulaire du cté de la base# sous un angle dont la valeur est égale à celle de l'angle de montée maximale du clapet, car si l'on plie la portion de segment à cet angle la direction de l'introduction du gaz (vapeur) dans le liquide tend alors à devenir horizontale, ce qui diminue l'enlèvement du liquide pour toutes les limites des charges de gaz (vapeur). La diminution de l'enlèvement permet d'augmenter le débit unitaire du plateau pour le gaz (vapeur) car la limite supérieure de fonctionnement du plateau le plus souvent est déterminée selon la norme admissible de l'enlèvement. L'invention est également caractérisée par le fait qu'il y a un jeu entre la paroi supérieure du clapet et le limiteur de sa position supérieure, ce qui empêche le coincement du clapet en position soulevée et assure la régularité de fonctionnement du plateau. D'autres objets et avantages de-l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples préférés de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure I représente le plateau de l'appareil d'échange de masse et de chaleur, montré partiellement, vu en coupe longitudinale - la figure 2 représente l'ébauche pour le clapet - la figure 3 représente en perspective le clapet selon l'invention ;; - la figure 4 représente en perspective la dis- position du clapet sur le plateau - la figure 5 représente un mode de réalisation du limiteur de la position supérieure - la figure 6 représente la vue de dessus du clapet pourvu d'un limiteur de la position supérieure - la figure 7 représente la coupe suivant la ligne VII - VII de la figure 6 - la figure 8 représente en coupe longitudinale le clapet, selon l'invention, en position inférieure - la figure 9 représente en coupe longitudinale la position du clapet et du limiteur de la position supérieure avec un jeu entre eux, conformément à l'invention ; et - la figure 10 représente la coupe longitudinale d'une variante de réalisation du limiteur de la position supérieure. Le plateau de contact proposé est monté, par tout moyen connu en soi, dans une colonne verticale 1 (figure 1) de l'appareil d'échange de masse et comprend une base 2 dans laquelle sont réalisés des orifices 3, et des poches de réception 4 et de transvasement 5. Chaque orifice 3 possède un clapet 6 à sortie unilatérale de gaz (vapeur). L'orientation des clapets 6 sur le plateau peut etre réalisée de toute façon connue, en fonction de la charge de liquide, et, dans le but d'élever l'efficacité de l'échange de masse, le plateau peut comporter des cloisons verticales qui présentent des orifices ou des fentes de toute forme connue. Suivant l'invention, chaque clapet 6 est formé à partir de l'ébauche 7 (figure 2) ayant la forme d'un secteur circulaire å sommet tronqué. Dans l'ébauche 7 au voisinage du sommet tronqué sont réalisées des petites entailles 8 pour former un limiteur 9 de la position inférieure. Sur l'ébauche 7 sont tracées des lignes 10, ll et 12 suivant lesquelles on plie respectivement des parties latérales périphériques 13 et 14, formant des parois latérales 15 (figure 3) du clapet 6, et une portion de segment 16 (figure 2), formant également encore un limiteur 17 (figure 3) de la position inférieure. Le pliage des portions 13 (figure 2), 14 et 16 de l'ébauche 7 se fait d'un même côté} c'est-à-dire du c8té de la base du plateau. En fonction des tracés de lignes 10 et 11 la paroi supérieure du clapet prend sa forme respective et de ce fait détermine la forme du clapet 6. Ainsi, si les lignes 10 (figure .4) et 11 sont parallèles, alors là paroi supérieure 18 du clapet a la forme d'un rectangle comme il est montré sur la figure 4, l'orifice 3 pour le clapet dans la base 2 étant aussi réalisé sous forme d'un rectangle.Si les ligne 10 et Il sont les rayons du secteur circulaire, comme il est montré sur la figure 2, la paroi supérieure 18 (figure 3) du clapet a la forme d'un trapèze isocèle. Dans ce cas l'orifice 3 pour le clapet dans la base 2 a la forme de trapèze isocèle, comme il est montré sur les figures 5 et 6, et, lors du montage d'un tel clapet dans l'orifice 3, sa base plus grande est orientée du coté de sortie de gaz comme indiqué par les flèches A sur la figure 7. En position de descente (inférieure) du clapet 6 (figure 8) ses parois latérales 15 passent à travers ltorifice, tandis que les limiteurs 9 et 17 de la-position inférieure touchent la base 2 et ne permettent pas au clapet 6 de tomber à travers l'orifice 3. La paroi supérieure 18 du clapet est surmontée d'un limiteur 19 de la position supérieure disposé sous l'angle aigu a par rapport à la base 2, cet angle étant égal à l'angle de montée des clapets 6. Ledit limiteur 19 peut être constitué par une plaque dont une extrémité est fixée au bord de l'orifice 3 de la base 2 du coté de disposition du clapet. Cependant, en tant que ladite plaque on peut utiliser avec succès une portion 20 (figure 5) de la base 2 qui se forme lors du découpage incomplet de l'orifice 3, comme il est montré sur les figures 4 et 5. Dans ce cas, la portion 20 de la base doit être pliée sous l'angle a1 de ce même coté où sera disposé le clapet. il est préférable en meme temps que la portion 20 de la base 2 soit découpée avec un pied 21 sous lequel, lors du montage du clapet, on engage le limiteur 9 de la position inférieure qui prend la position montrée sur les figures 4 et 6. Pendant le montage des clapets toutes les plaques qui forment des#limiteurs 19 (figure 7) sont pliées sous l'angle a1 qui est quelque peu supérieur à l'angle a de montée des clapets, et dès que la mise en place des clapets est réalisée, on fait descendre les plaques du limiteur 19 de façon qu'elles soient disposées sous l'angle a par rapport à la base. Dans la position décrite ci-dessus le limiteur 19 maintient le clapet de manière qu'en position montée ses parois latérales 15 ne puissent pas sortir complètement de l'orifice 3. La portion de segment 16 (figure 9), ctest-å.- dire le limiteur 17 de la position inférieure du clapet 6 doit être pliée du cbté de la base 2 sous l'angle a2 égal à l'angle a de montée maximale. du clapet. Le clapet étant monté complètement, le limiteur 19 de la position supérieure peut toucher sa paroi -supérieure 18, comme il est montré sur la figure 7, ou bien un jeu 22 peut être prévu entre eux (figures 4, 9). Ledit jeu 22 peut être formé par des saillies 23 qui sont réalisées sur le limiteur 19 du coté orienté vers la paroi supérieure 18 du clapet. Cependant, ledit jeu 22 peut être formé également par d'autres moyens, par exemple, grâce aux saillies sur la paroi supérieure 18 du clapet ou bien grâce à la forme courbée de la butée 19, comme il est montré sur la figure 10. Au cours du fonctionnement de l'appareil d'échange de sasse, aux faibles charges de gaz les clapets 6 sont fermés, ctest-a.-dire en position inférieure, le clapet 6 (figure 8) s'appuyant sur la base 2 par les limiteurs 17 et 9 de la position inférieure et ses parois latérales 15 passant a travers l'orifice 3 du plateau. Du fait que le limiteur 17 est constitué par la partie de segment du secteur circulaire, il s'appuie sur la base 2 en un point de deux cOtés duquel il y a des fentes 24. A travers les fentes 24 le gaz est mis en contact avec le liquide. Si la charge de gaz augmente il se produit alors l'ouverture du clapet, c'est-à-dire sa montée, jusqu'au moment où la paroi supérieure 18 du clapet entre en contact avec le limiteur 19 de la position supérieure ou bien avec ses saillies 23 (figure 9). Le gaz (vapeur) commence à arriver au plateau à travers la fente formée et passe sous forme des jets dans la direction indiquée par les flèches A (figure 7) travers le liquide qui provient de la poche de réception 4 (figure 1). Il se produit une interaction intense entre les jets de gaz et les courants de liquides que lesdits jets de gaz créent. Ensuite, le flux gazeux arrive au plateau supérieur de l-'appareil, tandis que le liquide par la poche de trans vastement 5 passe au plateau inférieur. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au plateau de contact pour appareil d'échange de masse et de chaleur, qui vient d'être décrit uniquement. 8 titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Plateau de contact pour des appareils d'échange de masse et de chaleur comportant une base percée d'orifices dans lesquels sont montés des clapets à sortie unilatérale de gaz qui comportent des parois supérieure et latérales et des limiteurs des positions supérieure et inférieure du clapet,ce ceplateau étant caractérisé en ce que chaque clapet est formé à partir d'une ébauche ayant la forme d'un secteur circulaire à sommet tronqué, dont les parties périphériques latérales et de segment sont pliées du côte de la base pour former respectivement les parois latérales du clapet, l'un des limiteurs de la position inférieure et la paroi supérieure du clapet. 2. Plateau de contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties périphériques latérales du secteur circulaire sont pliées suivant son rayon, ce qui a pour effet que la paroi supérieure du clapet, sans limiteurs de la position inférieure, a la forme d'un trapèze isocèle dont la base plus grande est orientée du c8té de sortie de gaz du clapet. 3. Plateau de contact selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi supérieure de clapet est surmontée d'un limiteur de la position supérieure, disposé sous un angle aigu par rapport à la base. 4. Plateau de contact selon la revendication 3, caractérisé en ce que le limiteur de la position supérieure du clapet est formé par une plaque dont l'une des extrémités est fixée au bord de l'orifice de la base du coté de la disposition du clapet. 5. Plateau de contact selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque est une partie de la base formée lors du# découpage incomplet de l'orifice. 6. Plateau de contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la portion de segment du secteur circulaire est pliée du cté de la base sous un angle dont la valeur est égale à celle de l'angle de montée maximale du clapet. 7. Plateau de contact selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il y a un jeu entre la paroi supérieure du clapet et le limiteur de sa position supérieure.