Brevet FR2421673A1 — publié le 19791102

La présente invention a pour objet un plateau de réaction entre liquides et gaz caractérisé en particulier en ce que sa surface de forme générale carrée ou rectangulaire est divisée suivant une diagonale en deux secteurs, en forme de triangles rectangles, inclinés chacun en sens inverse l'un de l'autre, d'une rive haute adjacente à une extrémité de cette diagonale vers une rive basse adjacente à l'autre extrémité de ladite diagonale, ces deux secteurs étant liés lrun à l'autre par une cloison séparative verticale. L'invention a également pour objets les ensembles cons titués par la superposition, la juxtaposition, la jonction ou la combinaison desdits plateaux ainsi que les appareils de réaction comportant de tels ensembles. L'invention a enfin pour objet un procédé de réaction thermique, chimique ou bactériologique entre un liquide et un gaz, ou entre plusieurs liquides ou gaz, mettant en oeuvre de tels appareils. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description qui va suivre, et des modes de réalisation qui n'ont été décrits et représentés qu'à titre d exemples. Aux dessins annexes donnes uniquement à titre d'exemple - la figure 1 est une vue perspective schématique d'un plateau suivant l'invention - la figure 2 est une vue schématique de cinq plateaux superposés montrant la circulation d'un filet liquide s'écoulant de plateau en plateau - la figure 3 est une vue en projection horizontale du parcours d'un filet liquide s'écoulant suivant le processus de la figure 2 - la figure 4 est une vue perspective d'une première variante de plateau - la figure 5 est une vue perspective d'unélément double comportant quatre secteurs triangulaires - les figures 6 à 9 sont des perspectives schématiques de différentes variantes de disposition de plateaux doubles, les uns au dessus des autres. Suivant ltesemple représenté à la figure l t un plateau I de contour général A B C D E F A, rectangulaire ou carré comporte deux secteurs A B F et C D E en forme de triangles rec tangles se croisant au point G et raccordés par une cloison séparative constituée par les éléments triangulaires B C G et E F G opposés par leurs sommets en G et situés tous deux dans un plan vertical de préférence perpendiculaire à chacun des deux secteurs. Le secteur A B F est incliné du point haut F et de la rive haute FA vers le point bas B et la rive basse A B, alors que le secteur C D E est incliné, en sens inverse du précédent du point haut C et de la rive haute C D vers le point bas E et la rive basse D E. De préférence les lignes de plus grande pente des secteurs, telles que K L et J H, sont parallèles à leurs intersections F B et C E avec la cloison séparative. Il en résulte que, dans le cas d'un plateau de forme générale carrée, les secteurs A B F et C D E sont des triangles rectangles isocèles et que leurs hauteurs respectives A G et D G sont sur une même horizontale. La figure schématique 2 représente un empilage de cinq plateaux 2, 3, 4, 5 et 6 superposés les uns aux autres, les plateaux des étages impairs 2, 4 et 6 étant orientés dans un même sens, alors que les plateaux de rang pair 3 et 5, paral vièles entre eux, sont orientés par rapport aux précédents apres une rotation de 90 degrés autour de leur axe vertical commun de symétrie Z Z. Un filet liquide M N, tombant par exemple en N sur le plateau 2, suit la ligne de plus grande pente N P du secteur 7 de ce plateau pour arriver en P sur la rive basse 8 de secteur 7 d'où il s'écoule, en chute libre P Q,jusqu'à sa rencontre en Q avec le secteur 9 du plateau 3 Il suit alors la liane de plus grande pente Q R de ce secteur pour arriver en R sur la rive basse 10 de ce secteur, d'où il s'écoule en chute libre R S jusqutà sa rencontre en S avec le secteur Il du plateau 4. Le filet liquide suit à nouveau la ligne de plus grande pente S T du secteur Il jusqu'a sa rencontre en T avec la rive basse 12 de ce secteur, il tombe alors en chute libre T U jusqu'à son contact en U avec le secteur 13 du plateau 5, suit la ligne de plus grande pente U V de ce secteur jusqul son arrivée en V sur la rive basse 14 dudit secteur, tombe à nouveau en chute libre V W jusqu a son contact en W avec le secteur 15 du plateau 6, suit la ligne de plus grande pente W X de ce secteur jusqu'à sa rencontre en X avec la rive basse 16 dudit secteur. Ce filet liquide s'écoule alors en chute libre X Y et poursuit sa progression,de plateau en plateau, sur toute la hauteur de l'empilage constituant un appareil de réaction, et auquel appartiennent les plateaux 2 à 6. La figure 3 est une projection horizontale du trajet accompli par le filet liquide qui vient d'être pris comme exemple. Ce trajet n p r t v n forme un parallélogramme qui s'inscrit dans la projection rectangulaire des rives basses 8, 10, 12 et 14 des plateaux, les côtés de ce parallélogramme étant parallèles à l'une ou l'autre des diagonales de cette projection rectangulaire. il en résulte que la longueur, comptée horizontalement, du trajet accompli par ce filet liquide est constante quel que soit le point où ce trajet s'amorce ; il s'ensuit que le trajet correspondant accompli effectivement par un filet liquide sur les secteurs en pente constante des plateaux qu'il emprunte successivement est, lui aussi, constant quel que soit son point de départ sur le plateau le plus élevé. L'invention permet ainsi, dans tout le volune d'un appareil de réaction, d'offrir, à tous les filets liquides qui le traversent, un parcours constitué par une succession alternée d'écoulements sur la surface en pente des éléments de cet appareil, et de chutes libres de plateau à plateau, la somme de ces écoulements et la somme de ces chutes étant, l'une comme l'autre, constantes, ce qui a pour effet d'assurer, entre le liquide traversant l'appareil, le gaz qui y circule en sens inverse, et les éléments eux-mêmes dudit appareil, des contacts, des échanges ou des réactions parfaitement homogènes dans tout le volume de cet appareil. L'ensemble des plateaux 2 à 6 pourrait ainsi se comparer à un helicoide à doubles surfaces sur chacune desquelles le liquide descendrait en tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Mais l'invention présente, par rapport à de tels nélicoïdes, plusieurs avantages : des trajets de longueur et de pente égales pour tous les filets liquides et un meilleur contact entre liquide très divisé et gaz lors des chutes libres de plateau à plateau. L'invention s'applique également à un ensemble symétrique, par rapport à un plan vertical, de celui qui vient d'être décrit, et sur lequel la descente des filets liquides se projetterait, horizontalement, en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre. Suivant le mode de réalisation de l'invention représentée à la figure 4, le plateau 17 de forme générale carrée est cons titué par deux secteurs triangulaires identiques, 18 et 19, liés par une cloison séparative verticale 20. Cette cloison se prolonge vers le haut, surplombant les secteurs 18 et 19 jusqu a une crête supérieure 21 horizontale Chacun des secteurs 18 et 19 porte une série de nervures en relief 22, parallèles à la cloison séparative 20 et à ses intersections avec chacun des secteurs.Ces nervures délimitent ainsi une série de canaux 23 qui suivent chacun une ligne de plus grande pente du secteur considéré - elles régularisent ainsifsur toute sa surface,la répartition du liquide tombant sur ce secteur et son cheminement, en filets parallèles, depuis sa rive haute 24 jusqu a sa rive basse 25. La surface de chaque secteur porte, de préférence, le long de cette dernière rive, une échancrure 25 parallèle au tracé initial de cette rive 25. Cette échancrure est bordée par un déflecteur vertical 27 qui augmente la rigidité du plateau et guide l'écoulement du liquide-qui va tomber ensuite sur le plateau inférieur, au voisinage de sa rive haute. La présence de l'échancrure 26 et du déflecteur 27 a pour effet de faciliter la réception, par un tel plateau inférieur, du liquide s'écoulant du plateau 17, et de faciliter également le renouvellement du gaz entraîné par le liquide, ou circulant en sens inverse de ce dernier, dans l'espace libre entre plateaux superposés. On peut naturellement remplacer l'échancrure 26 des rives basses des plateaux par une légère réduction de la largeur des plateaux. La prolongation de la cloison séparative 20 jusqu'à sa crête 21 facilite considérablement l'emPilage des plateaux, conformément au schéma de principe de la figure 2, chacun des plateaux 17 (Figure 4) supportant,par la crête 21 de la cloison séparative 20,la diagonale A D de la face inférieure du plateau identique qui lui est superposé après une rotation de 90 degrés autour d'un axe vertical. La forme générale carrée du plateau 17 est avantageuse en ce qu'elle permet d'utiliser des plateaux rigoureusement identiques à tous les étages d'un empilage, mais l'invention s'applique également à des plateaux de forme différente, par exemple rectangulairc,aux seules conditions de placer aux étages pairs et impairs de l'empilage des plateaux de types différents et de découper la crête de leurs cloisons sépa- ratives suivant le tracé de leur surface inférieure à l'aplomb de leur autre diagonale, tracé qui cesse d'être rectiligne quand cette diagonale cesse d'être perpendiculaire aux lignes de plus grande pente des secteurs tels que 18 et 19. La partie haute, au dessus des secteurs 18 et 19, de la cloison séparative 20 peut comporter des entailles 20a, ou être traversée par des orifices 20b (représentés en traits pointillés à la figure 4) pour faciliter le passage des gaz d'une coté à l'autre de cette cloison, et accélerer son renouvellement. La figure 5 représente un plateau double, dont la longueur est sensiblement double de sa largeur, qui est constitué par deux groupes de deux secteurs 28 et 29 d'une part, 30 et 31 d'autre part, groupes symétriques par rapport au plan vertical passant par l'arête 32 qui sépare les secteurs 28 et 30. Les secteurs de chaque groupe sont liés par des cloisons separatives verticales 33 et 34 formant entre elles un angle droit ; ces cloisons se prolongent vers le haut jusqu'à des arêtes horizontales 35 et 36 qui surplombent respectivement les secteurs 28 et 29 ainsi que les secteurs 30 et 31. Les secteurs 28 et 30 d'une part, 29 et 31 d'autre part sont entaillés le long de leur base par des échancrures communes 37 et 38, elles-mêmes bordées par des déflecteurs respectifs 39 et 40. En outre les secteurs 28, 29, 30 et 31 portent de préférence, sur leur surface supérieure, des nervures en relief 41 pour régulariser l'écoulement du liquide sur toute leur surface. De tels plateaux doubles peuvent être constitués en diverses matières choisies en fonction de la nature et de la température des liquides ou des gaz avec lesquels ils se trouvent en contact : c'est ainsi qu'il est possible d'utiliser, suivant les applications, un métal, un verre, une cera- mique, un béton, une matière plastique ou un composé de fibres agglomérées. Ces matières peuvent être mises en forme par tout procédé connu : moulage, usinage ou déformation à chaud. Il est particulièrement avantageux de partir, pour cette élaboration, d'une tôle métallique ou d'une feuille de matière plastique qui sont embouties ou thèrmoformées. En pareil cas, les nervures 41 (Figure 5) sont remplacées chacune par une légère ondulation de la feuille, et les cloisons séparatives 33 et 34 sont formées par des plis profonds de la même feuille, plis dont chaque face 42 est solidaire du secteur qu'elle borde. Cette dernière variante d'application de l'invention présente un grand avantage pour le stockage puis le transport de tels éléments qui, grâce au profil évasé de leurs plis, et quant ils sont orientés dans le même sens, peuvent s'emboîter les uns dans les autres sous un volume extrêmement réduit. L'élément double qui vient d'être décrit est particulièrement avantageux par les facilités qu'il apporte à l'empilage des plateaux et à la construction d'appareils industriels. En effet les arêtes en équerre 35 et 36 des cloisons se- paratives d'un plateau inférieur offrent un appui direct aux diagonales 48 et 49 qui traversent horizontalement, comme cela a été expliqué précédemment en ce qui concerne la diagonale A G D de la Figure I, les deux groupes de secteurs d'un plateau supérieur, identique au précédent mais orienté en sens inverse après rotation de 180 degrés autour dlun axe vertical. Pour assurer l'immobilisation des plateaux ainsi superposés, il est avantageux, suivant l'invention, de ménager sur le somtlet de chaque arête 35 et 36, au milieu de leur longueur, des appendices en relief 43 et 44 qui viennent s'insérer entre les faces en regard 45 et 4-6 des cloisons séparatives du plateau supérieur, si ces cloisons sont constituées d'une feuille pliée. Ces appendices viennent s'immobiliser dans des logements me nagés sous la face inférieure de ce dernier plateau s'il est obtenu par moulage. L'élément double qui vient d'trie décrit se prête à une multitude de combinaisons C'est ainsi qu'il est possible (Figure 6) de construire un empilage simple constitué, aux étages pairs, par des élé- ments 50 dont les cloisons séparatives formant équerre 52, sont orientées dans une même direction, et, aux étages impairs, par des éléments 51 dont les cloisons formant équerre 53 sont orientées dans la direction inverse. On peut aussi (Figure 7) empiler sur une base carrée des couples de plateaux 54 et 55 dont les cloisons, formant une croix, convergent en 5s, étagés en alternance avec d'autres couples de plateaux identiques 56 et 57 dont les cloisons en équerre avec sommets en 59 et 60 forment un carre. On peut également (Figure 8) superposer les unes aux autres des séries alignées de plateaux 61 et 62 orientés parallèlement les uns aux autres, et, en alternance, des séries identiques de plateaux 63 décalées longitudinalement d'une demi-longueur de plateau par rapport aux précédentes de telle sorte qu'à chaque cloison 64 vient se superposer une cloison perpendiculaire 65. Il est ainsi possible (Figure 9) de construire des appareils de toutes dimensions et de toutes formes en superposant aux étagespairs des séries alignées et parallèles d'éléments 66 et 67 de même orientation, ces séries étant disposées transversalement et décalées les unes par rapport aux voisines d'une demi-longueur de plateau, et aux étages impairs, des séries identiques aux Erécédentes d'éléments 68 et 69, mais disposées transversalement à ces précédentes, de telle sorte qu'à chaque cloison séparative 70 vient se superposer une cloison 71 perpendiculaire à la précédente. Cette disposition permet ainsi, par la liaison entre élé- ments superposés, d'assurer la cohésion et la solidité intrinseque d'un ensemble de tels éléments, entre ses étages successifs et à l'intérieur de chacun d'eux. De tels ensemble peuvent ainsi étre édifiés sans qu'il soit nécessaire de leur adjoindre des parois ou des murs latéraux pour assurer leur maintien, et l'invention procure ainsi une importante source d'économies et de rapidité de construction. Une autre source d'économies résulte du fait que, le trajet des filets d'eau s'effectuant surtout sur les secteurs en pente douce des plateaux, la hauteur d'un appareil utilisant de tels éléments est beaucoup plus faible que celles d'appareils dans lesquels les filets liquides cheminent verticalement. L'énergie nécessaire pour élever le liquide au sommet de l'appareil s'en trouve réduite d'autant. La légèreté des plateaux qui peuvent être réalisés en partant d'une feuille mince contribue encore à réduire le prix des appareils. L'invention s'applique ainsi à de très nombreux types d'appareils, par exemple réfrigérants thermiques par ruissellement, aérateurs ou desaérateurs de liquides, équipements de mélange ou de réaction, de mise en solution de gaz dans un liquide. Elle permet aussi de réaliser des lits bactériens pour le traitement des eaux résiduaires urbaines ou industrielles. - REVENDICATIONS 1 - Plateau de réaction ayant en projection horizontale un contour rectangulaire ou carré et caractérisé en ce qu'il est divisé en deux secteurs triangulaires séparés par une cloison diagonale verticale, et que ces secteurs sont inclinés, en sens inverse l'un de l'autre, d'une extrémité de cette dia zonale vers l'autre extrémité. 2 - Plateau de réaction suivant la revendication 1 carac térisé en ce que les secteurs inclinés ont une surface supérieure plane perpendiculaire à la cloison diagonale. 3 - Plateau de réaction suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la surface supérieure des secteurs inclinés porte des nervures en relief parallèles à la cloison diagonale. 4 - Plateau de réaction suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le petit côté bas des secteurs triangulaires est échancré dans sa Partie centrale. 5 - Plateau de réaction suivant l'une des revendications precedentes caractérisé en ce que le petit côté bas, echancré ou non, des secteurs triangulaires est bordé par un déflecteur vertical dirigé vers le bas. 6 - Plateau de réaction suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la cloison diagonale verticale séparant ses deux secteurs se prolonge vers le haut au dessus de ces secteurs jusqu'à une crête dont le profil reproduit le tracé de l'intersection de la surface inférieure du plateau avec un plan vertical comprenant l'autre diagonale du plateau. 7 - Plateau de réaction suivant la revendication 6 carac térisé en ce que son contour est carré et que la crête de la cloison diagonale est rectiligne et horizontale. 8 - Plateau de réaction suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la cloison séparative diagonale porte des entailles ou des orifices de passage de gaz. 9 - Elément rectangulaire constitué par l'ensemble de deux ou plusieurs plateaux de réaction conformes à l'une des revendications précédentes assemblés bord à bord. 10 - Elément rectangulaire suivant la revendication 9 dont les plateaux élémentaires contigus sont symétriques l'un de l'autre par rapport au plan vertical de leur jonction. 11 - Ensemble de plateaux simples ou d'éléments composés suivant les revendications précédentes, superposés les uns aux autres sur plusieurs étages, les cloisons séparatives de chacun d'eux étant croisées avec celles des plateaux ou élé- ments supérieurs ou inférieurs à chacun d'eux. 12 - Ensemble de plateaux simples ou d'éléments composés suivant la revendication 11 dans lequel chaque plateau supporte par sa cloison séparative diagonale la surface inférieure du plateau placé au dessus de lui. 13 - Procédé de réaction chimique, thermique ou biologique consistant à mettre en contact, dans ou avec un ensemble suivant les revendications 11 ou 12, un ou plusieurs liquides ou gaz, les liquides s'écoulant dans cet ensemble en ruisselant de plateau en plateau jusqu'à la base de l'appareil. 14 - Procédé d'épuration biologique d'eaux résiduaires consistant à déverser et à faire ruisseler de plateau en plateau, dans un ensemble suivant les revendications 11 ou 12, et en présence d'air, un mélange d'eaux résiduaires et de boues bactériennes recyclées.