Brevet FR2440760A1 — publié le 19800606

La présente invention concerne une colonne échangeuse à contre-courant, constituée par une ou plusieurs zones de contact. Ces dernieres sont exclusivement équipées de garnissages réguliers. De telles colonnes sont avantageusement utilisées en génie chimique, où la charge gazeuse présente une variation importante mais continue suivant la hauteur d'une zone de contact. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 959 419 décrit un procédé de contact liquide-vapeurs et l'équipement correspondant, sous forme d'une colonne. L'équipement est essentiellement caractérisé par une ou plusieurs zones de contact, dont chacune comporte plusieurs grilles et un remplissage adjacent en vrac. Cette solution connue présente l'inconvénient suivant la combinaison d'un remplissage régulier et d'un remplissage en vrac combine des éléments échangeurs à caractéristique de fonctionnement différente. Il en résulte que la conduite optimale de la colonne n'est pas garantie pour les deux remplissages sur la plage de charge imposée aux colonnes industrielles. Les remplissages différents présentent par exemple une variation divergente du pouvoir séparateur en fonction des charges liquide et gazeuse. La combinaison de remplissages a structure et mode d'action différents exerce aussi une influence négative sur la distribution du liquide, c'est-à-dire que les propriétés de distribution du liquide du remplissage supérieur déterminent le profil de distribution du liquide pour le remplissage situé en dessous, mais sans aboutir à un profil optimal pour ce dernier. La structure relativement grossière du garnissage présente l'inconvénient suivant : des corps de remplissage supérieur en vrac pénètrent dans la structure grossière du garnissage. Cet inconvénient est amplifié dans le cas de colonnes échangeuses à contre-courant à charge pulsée et de vibrations. La pénétration de corps de remplissage dans le garnissage produit une réduction incontrôlée du volume des vides dans cette zone. Il en résulte un accroissement de la perte de charge et, dans le cas d'un volume des vides fortement réduit, des phénomènes locaux de retenue dans les zones de contact. L'invention a pour objet une colonne échangeuse à contrecourant, munie de garnissages et divisée en une ou plusieurs zones de contact, et dans laquelle des conditions de fonctionnement optimales pour le remplissage sont créées sur toute la hauteur de la ou des zones de contact, afin d'obtenir une perte de charge minimale avec un pouvoir séparateur élevé. L'invention vise à réaliser une adaptation échelonnée appropriée du garnissage aux charges gazeuse et liquide variant suivant la hauteur d'une zone de contact, tout en évitant des goulots d'étranglement locaux et en assurant l'équipartition nécessaire du liquide au sein de chaque zone de contact. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le remplissage complet d'une zone de contact est constitué par au moins trois garnissages adjacents, de géométrie différente mais de même structure de principe. Les grandeurs géométriques constructives influençant la charge admissible sont échelonnées en fonction des charges liquide et gazeuse de façon que la section d'écoulement libre soit adaptée aux charges et que chaque garnissage fonctionne sur la plage de charge optimale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les garnissages adjacents au sein d'une zone de contact sont décalés de 900 l'un par rapport à l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, les garnissages situés à la partie supérieure de chaque zone de contact et au voisinage de la paroi de la colonne sont réalisés et disposés de façon à assurer un profil liquide régulier aux garnissages adjacents. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est la coupe partielle d'une colonne échangeuse à contre-courant, avec représentation de deux zones de contact; et la figure 2 représente la variation de la charge sur les deux zones de contact représentées à la figure 1 et l'échelonnement de la charge des garnissages selon figure 1. L'exemple de réalisation décrit concerne un garnissage connu entre grilles pour colonnes. La colonne échangeuse à contrecourant selon l'invention est constituée par plusieurs zones de contact, dont la figure 1 représente les zones de contact 1 et 2. La zone de contact 1 est constituée par trois garnissages 3, 4 et 5, comme le montre la figure 2 la variation de la charge suivant sa hauteur. Ces garnissages 3, 4, 5 présentent la même structure de principe, mais une géométrie différente. La variation de la charge suivant la hauteur de la zone de contact 1, représentée à la figure 2, montre que la charge décroit continûment suivant le sens d'élévation du flux de vapeurs. Compte tenu de cette variation de la charge, le garnissage inférieur 5 présente la section d'écoulement libre maximale. Le garnissage 4 situé au-dessus du garnissage 5 présente une section d'écoulement libre plus petite que celle de ce dernier. La réduction d'un garnissage au suivant se poursuit suivant le sens d'élévation du flux de vapeurs, c'est-à-dire que la section d'é- coulement libre diminue avec le volume de vapeurs.Cette réduction de la section d'écoulement libre d'un garnissage au suivant est réalisée par variation de la largeur et de la hauteur des éléments constitutifs des garnissages, par variation de la taille et du nombre des ouvertures supplémentaires de passage du gaz, par utilisation d'un matériau perforé de base à rapport différent des sections offertes, et par une orientation différente des ouvertures de passage dans le matériau de base des éléments individuels 8. Dans la zone de contact 1 représentée à la figure 1, la réduction de la section d'écoulement libre d'un garnissage au suivant est réalisée en faisant varier la largeur et la hauteur des éléments individuels, ainsi que la taille et le nombre des ouvertures supplémentaires 9 de passage du gaz. La zone de contact 2 de la figure 1 comporte, contrairement à la zone de contact 1, quatre garnissages 10, 11, 12, 13. Ces quatre garnissages sont nécessaires pour garantir une bonne adaptation à la variation de la charge suivant la hauteur de la zone de contact 2, repré sentée à la figure 2. Le nombre de garnissages au sein d'une zone de contact est en effet déterminé par la différence de charge entre l'entrée et la sortie de ladite zone et la variation de la charge suivant la hauteur de la zone de contact considérée. Dans les garnissages 3 et 4, les éléments périphériques 6 sont réalisés de façon à diriger le liquide de la paroi vers le centre de la colonne, afin d'obtenir une distribution régulière du liquide suivant la hauteur de la zone de contact complète et suivant la section de la colonne. Les flancs extérieurs des éléments périphériques 6 sont inclinés vers le haut, en direction de la paroi de la colonne, et ne comportent aucune ouverture supplémentaire de passage 9. L'obtention de ce résultat est en outre favorisé par l'adaptation du distributeur 7 de liquide aux propriétés d'auto-distribution du liquide par les garnissages 3 et 4 en particulier. L'adaptation est par exemple obtenue par une concentration des points de distribution au voisinage du centre de la colonne. Les garnissages 3, 4 et 5 sont décalés de 900 entre eux. On évite ainsi la pénétration mutuelle des éléments individuels des garnissages sur leur appui. Les nombreux bords tombés sur ces garnissages décalés et les contacts uniquement ponctuels sur les appuis produisent une redistribution du liquide et un renouvellement des surfaces de contact, favorables au processus. L'invention est également applicable aux processus dans lesquels le débit-volume des vapeurs croit suivant le sens d'écoulement de ces dernières, pendant le franchissement d'une zone de contact et contrairement au cas de l'exemple de réalisation précédemment décrit. La section d'écoulement libre du garnissage croit avec le débit croissant de vapeur vers le haut, c'est-àdire que la section d'écoulement libre du garnissage inférieur est plus faible que celle du garnissage supérieur. L'avantage technico-économique essentiel de l'invention réside dans une réduction des diamètres de la colonne nécessaire, une diminution de la hauteur de garnissage nécessaire par zone de contact pour réaliser la séparation, et une diminution de la perte de charge nécessaire à la réalisation du processus complet. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Colonne échangeuse à contre-courant, équipée de remplissages et constituée par une ou plusieurs zones de contact, dont chacune est divisée en remplissages adjacents, ladite colonne étant caractérisée en ce que le remplissage complet d'une zone de contact est constitué par au moins trois garnissages adjacents de géométrie différente mais de meme structure de principe, les grandeurs géométriques constructives influençant la charge admissible étant échelonnées en fonction des charges liquide et gazeuse, de façon que la section d'écoulement libre soit adaptée aux charges et que chaque garnissage fonctionne sur la plage de charge optimale. 2. Colonne échangeuse à contre-courant selon revendication 1, caractérisée en ce que les garnissages adjacents au sein d'une zone de contact sont décalés de 900 entre eux. 3. Colonne échangeuse à contre-courant selon une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les garnissages de la partie supérieure de chaque zone de contact sont réalisés et disposés au voisinage de la paroi de la colonne de façon à obtenir un profil liquide régulier sur les garnissages adjacents.