Brevet FR2426482A1 — publié le 19791221

La présente invention se rapporte aux installations servant aux processus d'échange de masse et de chaleur dans les systèmes gaz (vapeur) - liquide, et a notamment pour objet un dispositif de contact pour le déroulement de tels processus. La présente invention peut être appliquée avec le plus grand succès dans des colonnes de rectification et d'absorption pour les processus qui se déroulent sousges charges élevées en liquide, par exemple pour purifier un gaz converti en en éliminant l'oxyde et le bioxyde de carbon au moyen de différents absorbeurs, ainsi que pour les processus d'absorption des oxydes azotiques par l'eau lors de la produa- tion de l'acide nitrique faible. L'une des tendances de l'exploitation des installations modernes servant à effectuer les procédés d'échange de masse et de chaleur entre le gaz (vapeur) et le liquide, consiste à y augmenter la Fressioz ce qui conduit à l'augmentation des charges en liquide. De ce fait, on exige actuellement des installations pour la réalisation des processus d'échange de masse et de chaleur un débit unitaire de liquide élevé. On connait un dispositif de contact pour la réalisation des processus d'échange de masse et de chaleur, comportant une base perforée dont les orifices sont destinés à assurer le passage du gaz (vapeur); ledit dispositif étant pourvu d'ensembles de transvasement de liquide dont chacun présente une section rectangulaire. Si l'on utilise ledit dispositif de contact dans une colonne, les ensembles de transvasement sont disposés sur chaque base parallèlement l'un à l'autre et sont montés sous un angle de 900 par rapport aux bases adjacentes.L'efficacité d'un tel dispositif de contact est relativement basse lors de son utilisation pour les processus de séparation par absorption et par rectification, son débit unitaire de liquide est faible, il a une gamme étroite de fonctionnement stable, et dans ce dispositif apparat un effondrement local du liquide dans les zones de son arrivée de l'ensemble de transvasement sur la base sous-Jacente du dispositif de contact, ce qui conduit à l'altération des conditions d'interaction du gaz et du liquide. On connait encore un dispositif de contact pour l'interaction d'un gaz (vapeur) et d'un liquide, comportant une base perforée dont les orifices servent à assurer le passage du gaz (vapeur), ledit dispositif étant pourvu d'au moins un ensemble de transvasement. Ledit dispositif de transvasement se présente sous forme d'une tubulure cylindrique dont le bout supérieur est fixé sur la base perforée. Au-dessous du bout inférieur de la tubulure et à une certaine distance dudit bout, tout en formant une fente annulaire, est monté un réflecteur réalisé sous forme d'un disque plat. On sait qu'une bonne désaération dans l'ensemble de transvasement contribue à l'augmentation du débit unitaire en liquide du dispositif de contact La désaération du dispositif de transvasement connu est insuffisante du fait de la faible surface de l'orifice d'entrée, ce qui peut conduire à son "inondation" et donc rendre inapte au fonctionnement tout le dispositif de contact. Du fait que l'ensemble de transvasement n'a qu'une seule fente annulaire dont la hauteur ne dépasse pas 15 mm, la gamme de fonctionnement stable du dispositif de contact en liquide est étroite. Puisque dans l'espace entre les plateaux il se forme une seule veine annulaire de liquide, il se produit une séparation incomplète des phases, ce qui conduit à l'égalisation des concentrations en liquide, et de ce fait, à la réduction de l'efficacité de la colonne dans laquelle on utilise les dispositifs de contact décrits ci-dessus. En outre, on connaît un dispositif de contact pour la réalisation des processus d'échange de masse et de chaleur se déroulant dans le système gaz (vapeur) - liquide. Ledit dispositif connu comprend rane base perforée pourvue d'au moins un ensemble de transvasement de liquide. Les orifices de base sont destinés à assurer le passàge du gaz (vapeur). L t ensemble de transvasement se présente sous forme des deux tubulures montées coaxialement, la tubulure supérieure (suivant le sens de déplacement du liquide) embrassant partiellement la tubulure inférieure. La section des tubulures présente un cercle. An-dessous de chaque tubulure, en formant un certain Jeu avec le bout inférieur de la tubulure correspondante, est monté un réflecteur qui crée une fente annulaire pour le transvasement du liquide. Les réflecteurs sont réalisés sous forme de disques plats. Un tel despositif de contact a une efficacité beaucoup plus élevée que celle du dispositif décrit précédemment, du fait de la présence de zones supplémentaires de contact des phases. Dans la tubulure supérieure est monté d'une manière concentrique un élément de guidage en forme d'entonnoir, dont la plus grande base est orientée du côté opposé au sens de déplacement du liquide. La présence de l'élément de guidage permet d'élargir la gamme de fonctionnement stable du dispositif de contact, en général, du fait de la mise en fonctionnement successive des fentes annulaires de l'ensemble de transvasement. Au moment initial de fonctionnement de l'ensemble de transvasement, il se produit un écoulement du liquide de la fente annulaire inférieure. Au fur et à mesure de l'accroissement de la charge en liquide, le niveau de liquide dans la tubulure inférieure s'élève, et au moment où ledit niveau atteint l'extrémité supérieure de la tubulure précitée, le liquide 8 técoule de la fente supérieure. Les inconvénients du dispositif précité sont, d'une part, la désaération insatisfaisante du liquide dans l'ensemble de transvasement, et de ce fait, le débit unitaire relativement faible en liquide, et d'autre part, lteffondre- ment local du lipide dans les zones de son arrivée sur la base perforée sous-Jacente. La réduction du débit unitaire de liquide du dispositif de contact connu est conditionnée par la présence de l'élément de guidage en forme d'entonnoir qui diminue la section de passage de l'ensemble de transva se.e#. Dans le cadre de la présente invention on s'est proposé de créer un dispositif de contact pour la réalisation des Processus d'échange de masse et de chaleur dans les systèmes gaz (vapeur) - liquide, dans lequel, l'ensemble de transvasement serait perfectionné de façon à accroitre le débit unitaire en liquide. Le but visé est atteint du fait que dans le dispositif de contact pour la -réalisation des processus d'échange de masse et de chaleur dans les systèmes gaz (vapeur) liquide, comportant une base perforée dont les orifices sont destinés au passage du gaz (vapeur) et qui est pourvue d'au moins un ensemble de transvasement du liquide, constitué de deux corps disposés coaxialement, le corps supérieur, suivant le sens de déplacement du liquide, embrassant partiellement le corps inférieur, ainsi que deux réflecteurs dont chacun est installé au-dessous du corps avec un certain Jeu par rapport au bout inférieur du corps correspondant, suivant l'invention le corps supérieur est réalisé en deux pièces de corps reliées entre elles par un élément de guidage, la pièce de corps inférieure présentant une section de passage plus petite que celle de la pièce supérieure, et le bord inférieur de l'élément de guidage étant disposé plus haut que le bout supérieur du corps inférieur. Le débit unitaire en liquide du dispositif de contact, suivant l'invention, se trouve accru du fait de l'augmentation du miroir de désaération, ce qui conduit à l'augmentation de la section de passage de l'ensemble de transvasement pour le liquide et à la réduction de la vitesse de remontée des bulles de gaz de désaération, ladite réduction ex#narit la possibilité de blocage de la section de passage de l'ensemble de transvasement par le gaz de désaération. La désaération satisfaisante du liquide dans lten semble de transvasement contribue à un meilleur écoulement du liquide à travers les fentes, ce qui conduit à la formation de films de liquide stables dans l'espace entre les plateaux, lesdits films étant en contact avec la vapeur ou le gaz ascendant, et accro#t en conséquence l'efficacité du dispositif de contact. Une telle réalisation constructive de dispositif de contact permet d'accroitre le débit unitaire maximal en liquide dudit dispositif, gracie à l'amélioration de la désaération et des conditions de la réception du liquide dans les zones d'arrivée sur les bases perforées sous Jacentes, tout ceci conduisant à une augmentation de la gamme de fonctionnement stable et de l'efficacité du dispositif de contact. Il est possible que la pièce de corps supérieure, la pièce de corps inférieure et le corps inférieur soient constitués chacun d'une tubulure cylindrique. Il est avantageux que k pEcede zenla pièce de , > è~ duogpsinfEisret me corps inférieur soient constitués chacun d'une boîte rectangl ve. Grâce à une telle réalisation constructive des pièces de corps, la longueur d'écoulement devient plus grande pour une même surface occupée si les pièces de corps sont réalisées sous forme de tubulures cylindriques, et ceci permet d'élever le débit unitaire en liquide du dispositif de contact. Il est recommandé que le réflecteur disposé au-dessous du bord inférieur de la pièce de corps inférieure soit monté avec un jeu par rapport à la paroi du corps inférieur, ledit Jeu assurant l'arrivée du liquide dans les limites de la surface du deuxième réflecteur. Une telle réalisation du dispositif de contact augmente son débit unitaire en liquide du fait de l'augmentation de la section de passage de l'ensemble de transvasement. Le corps inférieur comporte des orifices permettant le passage du liquide, réalisés dans la paroi du corps, plus haut que le bout inférieur de la pièce de corps inférieure. Les orifices dans la paroi du corps inférieur forment un verrouillage hydraulique au--dessus de la fente supérieure, c'est-à-dire ediuent le passage spontané du gaz par ladite fente, en interdisant de cette manière le bouchage de l'en- semble de transvasement par le courant de gaz. En cas d'utilisation d'un dispositif de contact comportant au moins deux ensembles de transvasement dans le plan horizontal, il est avantageux de munir la base perforée d'auges de réception dont chacune est équidistante des ensembles de transvasement et disposée au-dessous de la cloison qui divise ladite base perforée en sections dans chacune desquelles est installé un ensemble de transvasement. Grâceà une telle solution constructive, l'admission du liquide sur la base du dispositif de contact se trouve améliorée, ainsi que la distribution du liquide sur ladite base, ce qui a pour effet l'augmentation de l'efficacité et l'élargissement de la gamme de fonctionnement stable du dispositif de contact. En outre, les auges précitées Jouent le rôle d'éléments d'appui pour la base perforée, ce qui simplifie la construction du dispositif de contact. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement le dispositif de contact, suivant l'invention, comportant un ensemble de transvasement (vu en coupe longitudinale); - la figur 2 représente le dispositif de contact, suivant l'invention, comportant neuf ensembles de transvasement réalisés sous forme de tubulures cylindriques, (vu en plan), les orifices de passage du gaz (vapeur) n'étant pas montrés conventionnellement; - la figure 3 représente le dispositif de contact, suivant l'invention, comportant des cloisons de sectionnement et des auges de réception;; - la figure 4 représente le dispositif de contact, suivant llLnvention, comportant trois ensembles de transvasement sous forme de boites rectangulaires (vue en plan), les orifices de passage du gaz (vapeur) n'étant pas représentés conventionnellement; - la figure 5 représente, à plus grande échelle, un organe du dispositif de contact, suivant l'invention. Le dispositif de contact pour la réalisation des processus d'échange de masse et de chaleur dans les systèmes gaz (vapeur) - liquide, par exemple un processus d'absorption d'oxydes azotiques par l'eau, suivant l'invention, comporte une base perforée 1 (figure 1)montée dans un carter 2 pourvue,par exemple, d'orifices 3 pour le passage du gaz nitreux, et d'au moins un ensemble 4 de transvasement de liquide. L'ensemble 4 est installé sur la base 1 et se présente sous forme de deux corps 5 et 6 montés d'une manière coaxiale. Le corps supérieur 5, suivant le sens de déplacement du liquide, embrasse partiellement le corps inférieunti, Le corps supérieur 5 est réalisé en deux pièces de corps 7 et 8 montées d'une manière coaxiale l'une par rapport à l'autre et reliées entre elles par un élément de guidage 9. La pièce de corps inférieure8 présente une section de passage plus petite que celle de la pièce supérieure 7.Leb diniBSur9e de l'élément de guidage 9 est disposé plus haut que le bout supérieur 6a du corps inférieur 6. En outre, ledit dispositif de contact est muni de deux réflecteurs 10 et 11. Le réflecteur 10 est monté avec un certain Jeu 12 par rapport au bord inférieur 6b du corps inférieur 6. Le réflecteur Il est installé avec un certain Jeu 13 par rapport au bout inférieur 8a de la pièce de corps inférieure 8.Les pièces de corps 7 et 8 (figure 2), de même que le corps 6, sont réalisés sous forme de tubulures cylindriques. Lorsque sur la base 1 sont montés plusieurs ensembles de transvasement 4, ils sont séparés l'un de l'autre par des visons 14 dans le but d'assurer la circulation du courant liquide. La base perforée 1 est munie d'une auge de réception 15 (figure 3) qui est équidistante des ensembles de transvasement 4 voisins. Le dispositif de contact pour l'absorption des oxydes azotiques fonctionne de la façon suivante. Ce liquide (eau ou solution d'acide nitrique faible) qui se trouve sur la base perforée 1 (figure i), se déplace vers l'ensemble de transvasement 4, le gaz (oxydes azotiques) en passant par les orifices 3, réagit avec le liquide et forme une couche à deux phases. Le gaz, après avoir réagi avec le liquide, monte et atteint le dispositif de contact supérieur. Le liquide, après avoir atteint le bout supérieur de la pièce de corps supérieure 7, arrive à l'ensemble de transvasement 4,dans lequel il est rejeté par l'élément de guidage 9 dans le corps inférieur 6, d'o~l à travers le Jeu 12 il s'écoule sous forme d'une veine plate (film) dans l'espace entre les plateaux.Au fur et à mesure de l'accroissement de la charge en liquide, du fait de l'élévation de son niveau dans le corps inférieur 6 et au moment où ledit niveau atteint le bout supérieur 6a, le liquide est transvasé dans l'espace entre les parois du corps inférieur 6 et de la pièce de corps inférieu#8, et ensuite, à travers le Jeu 13, il s'écoule dans l'espace entre les plateaux sous fcnne d'une veine plate. De cette manière, dans l'espace entre les plateaux il se forme deux veines de liquide qui se déplacent parallèlement et qui réagissent avec le gaz montant à partir du dispositif de contact sous-Sacent. Après avoir atteint le carter 2 de la colonne ou bien les cloisons 14 (figure 2, 3 et 4), le liquide s'écoule sur la base 1 ou dans les auges 15 (figure 3), ces dernières assurant la suppression de la poussée de vitesse de la veine de liquide en mouvement et son arrivée régulière sur la base 1 et contribuant en outre à une meilleure distribution du liquide dans le plan de la base 1. La suppression de la poussée de vitesse de la veine de liquide en'mouvement et son arrivée régulière sur la base 1 ont pour effet d'augmenter la limite supérieure de fonctionnement en liquide du dispositif de contact et, par conséquent, d'élargir la gamme de fonctionnement efficace. La réalisation de l'ensemble de transvasement 4 sous forme de deux corps 5 et 6, le corps 5 étant à son tour réalisé en deux pièces de corps 7 et 8 reliées entre elles par l'élément de guidage 9, a pour effet de créer des conditions favorables à une meuilleure désaération du liquide, ce qui permet d'élever le débit unitaire en liquide du dispositif de contact, ainsi que de créer un écoulement stable du liquide à travers les fentes 12 et 13. Afin d'élever le débit unitaire un liquide du dispositif de contact, la surface occupée étant la même que dans le cas des ensembles de transvasement sous forme de tubulures cylindriques, les pièces de corps 7 et 8 (figure 4) et le corps inférieur 6 se présentent sous forme de boites rectangulaires. Le reflecteur Il (figure 5) est installé avec un jeu 16 par rapport à la paroi du corps inférieur 6. Le Jeu 16 est choisi de façon à assurer l'arrivée du liquide dans les limites de la surface du réflecteur inférieur 10. Le corps inférieur 6 possède un orifice 17 pour le passage du liquide, pratiqué dans la paroi du corps 6, audessus du bout inférieur Sa de la pièce de corps 8. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du dispositif décrit précédemment, mai la veine de liquide qui passe dans l'espace entre la paroi de la pièce de corps 8 et la paroi du corps inférieur 6 est divisée en deux parties dont l'une s'écoule à travers le jeu 13, et l'autre, par le jeu 16, arrive sur le réflecteur 10, ce qui accrott le débit unitaire en liquide, l'intensité de fractionnement de la veine inférieure de liquide et par conséquent l'efficacité du transfert de masse et de chaleur.Les orifices 17 réalisés dans le corps inférieur 6 créent au-dessus du Jeu 13 un verrouillage ou joint hydzrrulique qui empêche le passage spontané du gaz à travers ledit jeu. Ainsi, c'est le blocage de l'ensemble de transvasement 4 par le courant de gaz qui est évité. Le dispositif de contact, suivant l-'invention, installé dans un absorbeur servant à purifier le mélange d'azote et d'hydrogéne en le débarrassant du bioxyde de carbone à l'aide d'une solution de monoéthanolamine dans la production d'ammoniac, assure son fonctionnement sous une charge en liquide de 5 à 150 m#/m2.heure, à une vitesse du gaz dans la section transversale de l absorbeur, calculée pour une valeur Jusque'à o; W représente la vitesse du gaz dans l'absorbeur; y représente la densité du gaz dans l'absorbeur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contact pour la réalisation de processus d'échange de masse et de chaleur dans les systèmes gaz- (vapeur) - liquide, du type comportant une base perforée dont les orifices sont destinés au passage du gaz (vapeur) et qui est pourvue d'au moins un ensemble de transvasement de liquide se présentant sous forme de deux corps disposés coaxialement, le corps supérieur (dans le sens de mouvement du liquide), embrassant partiellement le corps inférieur, ainsi que deux réflecteurs dont chacun est installé au-dessous du corps avec un certain jeu par rapport au bout inférieur du corps correspondant, caractérisé en ce que le corps supérieur est constitué de deux pièces de corps reliées entre elles par un élément de guidage, la pièce de corps inférieure possédant une section de passage plus petite que celle de la pièce supérieurs et le bord inférieur de l'élément de guidage étant disposé plus haut que le bout supérieur de corps inférieur. 2. Dispositif de contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pie ce de corps supérieure, la pièce de corps inférieure et le corps inférieur se présentent chacun sous forme d'une tubulure cylindrique. 3. Dispositif de contact suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de corps supérieure, la pièce de corps inférieure et le corps inférieur sont réalisés chacun sous forme d'une boite rectangulaire. 4, Dispositif de contact suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le réflecteur disposé au-dessous du bout inférieur de la pièce de corps inférieure est monté de manière à former entre lui et la paroi du corps inférieur un intervalle permettant l'arrivée du liquide dans les limites de la surface du deuxième réflecteur. 5. Dispositif de contact suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps inféri- eur possède des orifices permettant le passage du liquide et pratiqués dans la paroi de ce corps, au-dessus du bout inférieur de la pièce de corps inférieure. 6. Dispositif de contact suivant la revendiaation 1, comportant au moins deux ensembles de transvasement, caractérisé en ce que la base perforée est munie d'auges de réception dont chacune est disposée à une même distance entre les ensembles de transvasement voisins, au-dessous de cloisons divisant la base perforée en sections dont chacune abrite un ensemble de transvasement.